Номер патента: 1018039

Автор: Грейз

ZIP архив

Текст

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для определения величины фазовогосдвига сигналов.Известен цифровой Фазометр, содержащий Формирователь, блок управле 5ния, генератор эталонной частоты,счетчик памяти, счетчик сравнения,регистрирующее устройство, управляемые вентили, логический элемент И,две группы схем переноса. В данном ефазометре результат получают по окончании первого периода исследуемыхсигналов 1 .Недостатком Фазометра являетсясложность, так как обработка информа ции производится в параллельном ипоследовательном коде и имеются дварежима работы, определяете величинойвременного сдвига исследуемых напряжений. 20Известен также цифровой низкочастотный Фазометр, содержащий формирователь импульсов, соединенный черезтриггер с первым входом элемента И,второй вход которого соединен с генератором, первый счетчик, выходы которого соединены с первой группой схем переноса, второй счетчик, соединенный поразрядно второй группойсхем переноса с третьим счетчиком,выход которого соединен с входомпервого счетчика и импульсными входами второй группы схем переноса,дополнительные счетчик, элемент Ии триггер, причем счетный вход дополнительного счетчика подключен кгенератору импульсов, выходы которо"го соединены с дополнительным элементом И, выход последнего связан с . дополнительным триггером и импульсными входами первой группы схем лере носа выходами, подключенными к установочным входам дополнительного счетчика, выход дополнительного триггера связан с управляющим входом дополнительного счетчика, счетным 45 входом второго счетчика и третьим входом элемента И, выход которого соединен с третьим счетчиком. Принцип работы устройства заключается в измерении "текущего" значения сдви- О5 га Фаз, для чего от предыдущего значения фазы нужно вычесть приращение фазового сдвига, которое произошло за счет момента этого времени 2.Недостатком известного устройства является низкая точность измерения сдвига фаз.Цель изобретения " повышение точности измерения сдвига фаз при сохранении требуемого быстродействия.Поставленная цель достигается 60 тем, что в устройство, содержащее два формирователя, соединенные соответственно с первым и вторым триггерами, первый элемент И, один вход которого соединен с выходом первого 65 триггера, второй вход подключен к выходу генератора, а выход - к первому счетчику, второй элемент И, третий триггер, второй, третий и четвертый счетчики, введены два двоичных умножителя, дополнительные счетчик и элемент И, один вход которого соединен с выходом третьего триггера, второй вход соединен с генератором, а выход подключен.к входам второго и третьего счетчиков, причем входы первого двоичного умножителя соединены с выходами первого и второго счетчиков, выход - с одним входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго триггера, а входы второго двоичного умножителя соединены с выходами третьего и четвертого счетчиков, выход подключен к одному входу дополнительного счетчика, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выходы подключены к входам третьего триггера, при этом вход четвертого счетчика соединен с выходом первого элемента И.На Фиг. 1 приведена структурная схема цифрового фазометра; на фиг. 2 - временные диаграьвы работы устройств.Цифровой фазометр содержит формирователи 1 и 2, триггеры 3, 4 и 5, генератор 6, элементы И 7, 8 и 9, счетчики 10-13, двоичные умножители, 14 и 15, реверсивный счетчик 16.Формирователи 1 и 2 предназначены для формирования импульсов прямоугольной формы при переходе через нулевые значения входных сигналов, сдвиг Фаэ между которыми измеряется.Триггер 3 устанавливается в состояние "1 ф по началу периода первого сигнала и возвращается в состояние ф 0". по концу периода этого сигнала, в этот момент и производится считывание результата, который находится в счетчике 10, т.е. триггер 3 Формирует интервал времени измерения, соответствующий одному периоду исследуемых сигналов.Триггер 4 устанавливается в ф 1" по началу периода второго исследуемого сигнала.Триггер 5 устанавливается пооче редно в состояние "1" и в "Оф сигналами с реверсивного счетчика 16 соответственно "Заем" и "Переполнение".Генератор 6 формирует импульсы постоянной частоты для заполнения измеряемых временных интервалов.Счетчики 10-13 - двоичные, выходы разрядных триггеров этих счетчиков связаьы с входами двоичных умножителей 14 и 15. Как показано ниже, результат измерения фазы фиксируется в счетчике 10.1018039 Двоичные умножители 14 и 15 предназначены для формирования на своем выходе числа импульсов, пропорционального произведению кодов чисел, поступающих на вход каждого двоичного Увеожителя с выходов подключенных к нему счетчиков, т.е. верны следующие соотношениями Избавимся от знаменателя в этомвыражении: 5 (Ч - Д 9 ф).(т + дт) збоа Ч Т+Р дТ-й 9 ф Т-ЬУЪТ ГЗ 60 о Учтем, что иэ (3) следует ЮфТ 360 и, сделав соответствующие сокращения,10 получим Но ИМ Е Отсюда следу ыводна кать сл й фй юй р)ф мф р. нт в где й и й- количество импульсов Ча-аУ(т Юс выхода, .соответствующего индексу прий двоичного умножите УфТля; эти импульсы пос" . ТйЛ,й - число в счетчике, со. - приращение АТ формиров числоответствующем индек- дно удовлетворяющее соотношение2су при й; (4), и вычитать зто число из сЯетЕ - емкость каждого нз чика результата, в котором в момесчетчиков 10 11 12.С=Т установлено число 3600, то ви 13, принятая для : счетчике результата в любой моментпростоты изложения времени находится число Уо соотодинаковой. ветствующее формуле (4), т.е, фазоРеверсивный счетчик 16 предназна- вый сдвиг.чен для счета импульсов, поступающих устройство Работает следУюЩиМна его вычитающий вход с выхода эле- . образомразом,мента И 8 и в . на суммирукиций вход с. По команде фйачальная устано ка"выхода двоичного умножителя 15. При 35 (шины этой команды не показаны)переполнении этого счетчика с его вы- триггер 3 устанавливается в состояхода идет сигнал фПереполненнеф, ус- не ф 0 ф (при этом с его выхода наФанавливающий триггер 5 в состояние элемент и 7 поступает потенциалфбф, при поступлении на вычитающий. . запрета), триггер 4 устанавливаетсявход этого счетчика импульса с зле- ,д в "0" (запрет на элемент И 8) тригмеита И 8 вФмеи а и 8 в момент, когда счетчик 16 гер 5 устанавливается в "0" (запретобнулен, на выходе счетчика 16 форми- ва элемент И 9) счетчики 11 12н вВ Уруется команда Заем , устанавливаю- . и 13 обнуляются, в счетчик 10 усщая триггер 5 в состояние "1"; . танавливается код 360 , реверсивныйПринцип, положенный в основу .45 счетчик 16 обнуляется. Командаработы устройства. По.определению фйачальная установка" снимается.. В момент перехода через нулевое,360(3) значение первого исследуемого сигнала (обозначим этот момент через ф 4). где- фазовый сдвиг (в градусах); с выхода формирователя 1 на трнгС - интервал времени между на-гер 3 постувает импульс, .Устанавли- .чалом периода первого иссле- вдощий триггер 3 в состояние ф 1".дуемого сигнала и началом . Тем самым сииМается запрет на пропериода второго исследуе- хождение импульсов генератора 6 чемого сигнала, т,е, между - рез элемент И 7. С выхода элементаодноименными тачками йс И 7 импульсь поступают на суммироваследуемых сигналов; ние в счетчики 11 и 12. Отметим,:Т -. период исследуемых сигналов. что при этом импульсы с двоичногоИз (3) следует, что при Г =Т фаэо- умножителя 14 через элемент И 8 невый сдвиг=360 . Если текущему ,проходят - на входеэлемента И 8о означению периода Т давать прираще 60 запрет-с триггера 4.ния дт от момента временилТ, то В момент перехода через нулевоесдвиг фаз т уменьшается на величинузначение второго .исследуемого сигнафоЬЮ, т,.е. из (3) следует, что ла (обозначим этот момент через с)Ос выхода формирователя 2 на входТ+ЬТ 65 триггера 4 поступает импульс, уста1018039 импульс через элемент И 8 поступаетна вычитающий вход реверсивного счетчика 16. Команда "Заем" с выхода его(7) так как дй импульсов вызвали появление одного импульса на выходе двоичного умножителя 14. Поэтому, с учетом того, что в момент. с значение М 0 =360 и с учетом (6) можноМовыражение (7) записать в виде360 ф Г дТЕ Определим сколько импульсов генератора 6 поступит в счетчик 13, чтобы на выходе двоичного умножителя 15 сформировался первый импульс. Обозначим это число через й . Иэ (2) следует, чтоц. ф д(9Ее навливающий триггер 4 в состояние "11.С триггера 4 на вход элемента И 8.подается теперь разрешающий потенциал.Заполнение счетчика 11 импульсами генератора б, проходящими через элемент И 7, продолжается, поэтому этообязательно вызывает появление первого (считая от момента) импульсас выхода двоичного умножителя 14.Этот поступает на вход триггера 5 и устанавливает триггер 5 в "1". С выходатриггера 5 на элемент И 9 сформирован сигнал разрешения, поэтому импульсы генератора б через элемент И начинают поступать на вход счетчика 10 (вычитающий вход) и на вход счетчика 13. Заполнение импульсамн счетчика 13 вызывает появление первого импульса на входе двоичного умножителя 15. Этот импульс поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 16, так как мы рассматриваем случай, когда на вгштающий вход счетчика 16 до настоящего моментатолько один импульс ца элемента И 8, то поступление одного импульса на суммирующий вход реверсивного счетчика 16 вызывает появление команды "Пони.олнение" на выходе этого счетчика, и реверсивный счетчик 16 обнуляется. Команда "Переполнение" с выхода реверсивного счетчика 16 возвращает:триггер 5 в состояние "0", тел саым прекращается прохождение импульсов через элемент И 9. Обозначим этот момент времени через с . После этого моменЭта, так как заполнение счетчика 11 продолжается, с выхода двоичного умножителя 14 поступит второй (считая от момента г) импульс, и далее устройство функционирует аналогично описанному после момента поступления первого импульса с двоичного умножителя 14, И так далее,Нами рассмотрен случай, когда в реверсивный счетчик 16 поступает на вычитающий вход сначала один импульс с выхода элемента И 8, а затем посту пает один импульс на суммирующий вход счетчика 16 с выхода двоичного умнфжителя 15, обнуляя реверсивный счетчик 16 и, соответственно,. устанавливая триггер 5 в "0". :.Однако может быть и ситуация, когда на вычитающий вход реверсивного счетчика 16 поступят несколько импульсов с выхода элемента И 8, и только после этого начнут поступать импульсы на суммирующий вход реверсивного счетчи ка 16. Эта ситуация возникает, если к моменту установки триггера 4 в состояние "1" число в счетчике 12 меньше числа в счетчике 10, т,е. меньше 360. В этом случае команда "Перепол нение" на выходе реверсивного счетчька 16 возникает после поступления на суммирующий вход этого счетчика такого же реверсивного счетчика 16. Это явление обязательно произойдет, так как с выхода двоичного умножителя 14 импульсы идут все реже (число в счетчике 10 - фазовый сдвиг уменьшается), а с выхода двоичного умножителя 15 импульсы идут все чаще (число в счетчике 12 увеличивается, и наступает момент, когда число в счетчике 12 станет больше числа в счетчике 10), Тогда описанный порядок функционирования (т.е. когда на вычитающий и суммирующий входы реверсивного счетчика 16 поочередно поступает по одному импульсу) сохраняется. Следовательно, реверсивный счетчик 16 осуществляет контроль эа равенством количества импульсов с выхода двоичного умножителя 14 и количества импульсов с выхода двоичного умножителя 15. Когда такого равенства нет, т.е. счетчик 16 не обну" лен, то импульсы с выхода генератора б через элемент И 9 проходят.Перейдем к рассмотрению чисел в счетчиках 10-13. В момент времени с в счетчиках 11 и 12 записаны чис- ла где Р - частота генератора б,Определим сколько импульсов генератора б поступит в счетчик 11, чтобы на выходе двоичного умножителя 14 сформировался первый (от момента 1) импульс, Обозначим это число через Ьй+,где. ЬТ - время от моментадо по.явления первого импульса с выходадвоичного умножителя 14.Из (1) следует(12) 25 Ай вА о. 3605 2 ъ 52 так как появление 1 И 1 Э импульсов вызывает появление одного импульсана выходе двоичного умножителя 15,В это время число в счетчике 12 равно М в(Г+ А.Т) Г 5 (10)т.е. выразенне 9) эюжно записатькакЕ Из (11) и (В) следует., что Если в выражение (4) подставить значение 1=3605 для первого после окончания интервала Ф приращения ЬТ, то получим вырааенае (12). А зто говорит .о том, что В устройстве эте эйачение АЙ 1 Э вычитается из значения в счетчике 10,т.е. в счетчике 10 находится теперьновое значение фазы, соответствующееприращению интервала ЬТ, При дальнейшем увеличении АТ иэ счетчика 10вновь вычитается соответствующееколйчество импульсов и в этом счетчике вновь будет значение фазы натекущий момент времени. Это доказывается аналогично описанному.Измерение заканчивается в моментвторого перехода через нулевое значение первого .исследуемого сигнала.При этом триггер 3 возвращается всостояние 55055 импульсом с формирова-теля 1, импульсы генератора 6 черезэлемент И 7 на вход счетчика 11 не.проходят, и, следовательно, на выходе двоичного умножителя .14 импульсовтакже не будет. Результат измерениясчитывают со счетчика 10,Технико-экономический эффектпредлагаемого изобретения заключается в повыаенин точности измеренияпри сохранении требуемого, теоретически максимального, быстродействия.Частота генератора в .предлагаемомустройстве исцольэуется с максимально возможной эффективностью, таккак устройство 55 реагирует 55 на минимально возэюжное приращение периода.Например, если измерения проводятся с дискретностью в 1, емкость счетчиков 10 н 11 равна 512, то второйимпульс генератор б на входе счетчика 11 дает импульс на выходе двоичного умножнтеля 14 и, соответственно,изменяет. значение фазы угла (уменьшает его от 360 ф). Действительно,ЬН 1 Э 2;.Ив 360 ф 1 Е"512 и из выражения (1) следует/44 Тираж 710 Подписи ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5

Смотреть

Заявка

3315098, 10.07.1981

ЦЕНТРАЛЬНОЕ КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО "ГОСКОМГИДРОМЕТА"

ГРЕЙЗ ЕФИМ БЕНЦИОНОВИЧ

МПК / Метки

МПК: G01R 25/00

Метки: фазометр, цифровой

Опубликовано: 15.05.1983

Код ссылки

<a href="https://patents.su/6-1018039-cifrovojj-fazometr.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Цифровой фазометр</a>

Похожие патенты