Цифровой низкочастотный фазометр мгновенного значения

(Л Ос я схема ы напряметра и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР, Авторское свидетельство СССРМ 1596269, кл, 0 01 й 25/00, 1988,(54) ЦИФРОВОЙ НИЗКОЧАСТОТНЫЙ ФЗОМЕТР МГНОВЕННОГО ЗНАЧЕНИЯ(57) Изобретение относится к фазоизметельной технике и может быть использов Изобретение относится к фазательной технике и может быть исполдля измерения угла сдвига фаэ междгармоническими колебаниями внизких частот.Цель изобретения - уменьшенини измерения фазового сдвига и повточности измерений.На фиг.1 приведена структурнфазометра; на фиг.2 и 3 - диаграммжений, поясняющие работу фазаблока управленйя,Устроиство содержит формирователи 1 и 2, ВЯ-триггер 3, источник 4 опорного напряжения, электронные ключи 5-8, первый интегратор 9, второй интегратор 10, компаратор 11, узел 12 выборки - хранения, инвертирующий усилитель 13, блок 14 управления, генератор 15 счетных импульсов, временной селектор 16, счетчик 17,для измерения угла сдвига фаз между двумя гармоническими колебаниями в области низких частот. С целью уменьшения времени измерения фазового сдвига и повышения точности измерения в фазометр введен второй интегратор, а преобразование периода сигнала и интервала времени, пропорционального сдвигу фаз, осуществляется в течение одного и того же периода исследуемого сигнала. Введенный интегратор обеспечивает совместно с аналого-цифровым преобразованием двойное интегрирование и определение отношения интервала времени к периоду. 3 ил,Первый вход фазометра через формирователь 1 соединен с входом Я ВЯ-триггера 3, первым входом блока 14 управления, Второй вход фаэометра через формирователь 2 соединен с входом й ЯЯ-триггера 3, выход которого соединен с четвертым входом блока 14 управления. Источник 4 опорного напряжения соединен с входом электронного ключа 5, выход которого соединен с тачкой, обьединяющей выход электронного ключа 6 и вход первого интегратора 9, выход которого соединен с объединенными входами электронных ключей 6 и 7 и узла 12 выборки-хранения, выход которого соединен с входом инвертирующега усилителя 13, выход которого соединен с входом электронного ключа 8. Вход второго интегратора 10 соединен с точкой, абьединяющей выходы электронных ключей 7 и 8, а выход - с входам кампаратара 11, выход которого соединен с вторым входам блока 14 управления.Первый, третий, четвертый, пятый выходы блока 14 управления соединены соответственно с управляющими входами электронных ключей 5 - 8, а второй выход блока 14 управления соединен с управляющим входом узла 12 выборки-хранения. Генератор 15 счетных импульсов соединен с входом временного селектора 16, управляющий вход которого соединен с шестым выходом блока 14 управления, а выход - с входом счетчика 17, выход которого соединен с третьим входом блока 14 управления.Устройство работает следующим образом,Формирователи 1 и 2 вырабатывают короткие импульсы, соответствующие переходу сигналов 01 и О 2 через нуль из отрицательных значений в положительные (фиг,2 а,б,в). На выходе ЯЯ-триггера 3 вырабатывается импульс, длительность которого й соответствует фазовому сдвигу Лр (фиг.2 г). В исходном состоянии выходные напряжения интеграторов 9 и 10 равны нулю.Устройство имеет три рабочих такта, В течение первого такта, который начнется с приходом импульса с выхода 0 ВБ-триггера 3 на четвертый вход блока 14 управления, последний на первом выходе вырабатывает импульс О 1 (фиг.З), открывающий ключ 5, На вход первого интегратора 9 поступает постоянное напряжение Оо от источника 4. По заднему фронту импульса, приходящего с ВБ-триггера 3, блок 14 управления на втором выходе вырабатывает импульс О 2 (фиг,З), разрешающий запись напряжения Оинт 1 в узел 12 выборки-хранения (фиг.2 д). К этому времени выходное напряжение первого интегратора 9 будет равно1, 1 Оинт 1 = -- 3 О, а = -- О, Лт, (1) Т 1 ГД 8 Оинт 1 ВЫХОДНОЕ НаПРЯЖ 8 НИ 8 П 8 РВОГО интегратора за время Ь;71 - пОстоянная Вр 8 мени первОго интегратора 9;Ь- длительность импульса на выходе ЯЗ-триггера 3.С приходом второго импульса с формирователя 1 ключ 5 закрывается и на интеграторе 9 будет напряжение:1 1Оинт 2 = --. Оо бт = -Оо Т, (2)от 1ГД 8 Оинт 2 - ВЫХОДНОЕ НаПРЯжЕНИЕ ПЕРВОГОинтегратора за время Т;Т - период колебаний исследуемого сигнала.Таким образом, по окончании первоготакта на выходе узла 12 выборки-хранения 5 появится постоянное напряжение, пропорциональное Ьт; а на выходе первого интегратора 9 - напряжение, пропорциональное периоду Т сигнала.В начале второго такта, который начина ется в момент закрывания ключа 5, блок 14управления открывае (сигнал О 5, фиг.З) электронный ключ 8 и на вход второго интегратора 10 поступает напряжение с инвертирующего усилителя 13. В этот же момент 15 открывается (сигнал О 6, фиг,З) временнойселектор 16 и на вход счетчика 17 разрешается прохождение счетных импульсов с генератора 15 (фиг. 2 е),В момент, когда счетчик 17 переполнит ся, второй такт закончится и интегратор 10ЗаРЯДИтСЯ ДО НаПРЯжЕНИЯ Оинтэ (фИГ.2 ж) тоО-тз== - , - , Х(-и 1) К а=К(3) Таким образом Оинт 4 = Оинтз = где Оинтз - выходное напряжение второго интегратора 10 после второго такта;т 2 - постоянная времени второго интегратора 10;К - коэффициент передачи инвертирующего усилителя 13;(2 - Длительность втоРого такта, то = Т -т 2Минус под знаком интеграла учитывает,что усилитель 13 инвертирует сигнал,С началом третьего такта интегрирова ния, когда замкнут(О 4, фиг.З) электронныйключ 7, на вход интегратора 10 поступает НаПРЯКЕНИЕ Оинт 2 С ВЫХОДа ПЕРВОГО ИнтЕГ- ратора 9. Конденсатор второго интегратора разряжается, и в момент, когда выходное напряжение станет равным нулю (Оинтз+ + Оинт 4 = О), на выхоДе компаРатоРа 11 выРабатывается импульс О 2 (фиг,З), поступающий на второй вход блока 14 управления, На его шестом выходе вырабатывается им- пульС Оо (фиг.З), запрещающий прохождение счетных импульсов через селектор 16 на вход счетчика 17. В этот же момент на третьем выходе блока 14 управления появится импульс Оз (фиг,З), замыкающий на короткое время ключ 6, производя тем самым сброс интегратора 9 (фиг,2 д) и возвращая устройство в исходное состояние.=1 о+ 13Зная, что временные интервалы 12 и 13заполняются счетными импульсами генератора 15 с частотой Ьо, получим12 = - :Йо,%3 = К%2= К12- , 7)Оинт 1 Л 1Оинт 2 Тс учетом выражений (1) и 2), (5) и (6)йх -КМо - = = - КоЬЛтТВыбирая значение Ио, кратным 36, можно получить отсчет непосредственно в градусах.Преобразование интервалов времениЬт и Т в постоянные напряжения осуществляется в течение одного периода сигнала Ти занимает один измерительный такт. В течение последующих двух тактов осуществляется деление этих напряженийпосредством аналого-цифрового преобра.зования, Таким образом, суммарное времяизмерения составляеттиэм 1 = Т+ 12 + 13, (8)ГДЕ т иэм 1= ВРЕМЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРЕДЛаГаЕМОГОустройства;Т - период исследуемого сигнала;12, 13 - длительность соответственновторого и третьего измерительных трактов.В устройстве-прототипе за счет последовательного во время преобразования Л 1и Т в постоянные напряжения время измерения составляет1 иэм 2 = 2Т + 12 + тз, (9)ГДЕ Ьэм 2 - ВРЕМЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСтРОйСтВапрототипа,Таким образом, время измерения сокращается почти в два раза при Т12+ 13.В связи с тем, что преобразование Лт иТ в постоянные напряжения осуществляется за один период исследуемого сигнала, то устраняется также дополнительная погрешность, связанная с возможным изменениемчастоты сигнала от периода к периоду. Формула изобретения Цифровой низкочастотный фазометрмгновенного значения, содержащий счетчик импульсов, два формирователя, четыре 10 электронных ключа, блок управления и генератор счетных импульсов, ВБ-триггер, источник опорного напряжения, интегратор, компаратор, узел выборки-хранения, инвертирующий усилитель, временной селектор, 15 при этом входы формирователей являютсявходами фазометра, а выход первого формирователя соединен с Я-входом ВЯ-триггера и первым входом блока управления, выход второго формирователя соединен с 20 В-входом ЯЯ-триггера, выход которого соединен с четвертым входом блока управления, выход источника опорного напряжения соединен с входом первого электронного ключа, выход которого подключен к входу 25 интегратора и выходу второго электронногоключа, вход которого соединен с выходом интегратора, а также с входами третьего электронного ключа и узла выборки-хранения, выход которого через инвертирующий 30 усилитель соединен с входом четвертогоэлектронного ключа, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами первого электрон ного ключа, узла выборки-хранения, второго, третьего и четвертого электронных ключей и временного селектора, а второй и третий входы блока управления соединены соответственно с выходами компаратора и 40 счетчика импульсов, генератор счетных импульсов через временной селектоо подключен к входу счетчика импульсов, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью уменьшения времени измерения фазового сдвига и по вышения точности измерений, в него дополнительно введен второй интегратор, вход которого соединен с объединенными выходами третьего и четвертого электронных ключей, а выход - с входом компаратора.1656472 оставитель Ю.Макареехред М.Моргентал жо ректо Редактор Е.Коп каз 2050 Тираж 420 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101