Следящий фазометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 0 С 01 й 25 0 ТЕ 0 ОБР НИ ТЕЛЬСТВ АВТОРСКОМУ С л ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им.М.И.Калинина(56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 410330, кл. С 01 к 25/00, 1974.2. Анторское свидетельство СССР Р 842623, кл. С 01 К 25/00, 1978.(54) (57) СЛЕДЯЩИЙ ФАЗОМЕТР, содержа 1щий в каждом канале усилитель-ограничитель, дна формирователя импульсов, иннертор, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителй и входом первого формирователяимпульсов, счетный триггер, вход которого соединен с выходом усилителяограничителя опорного канала, входвторого формирователя .импульсов измерительного канала соединен с выходом инвертора, дна элемента И, элемент ИЛИ, входы которого соединеныс выходами элементов И, причем первые входы первого и второго элементов И соединены соответственно с прямым и инверсным выходами счетноготриггера, нормализатор,. вход кото"рого соединен с выходом элемента ИЛИ,фильтр, вход которого соединен свыходом нормализатора, аналого-цифровой преобразователь, вход которогосоединен с выходом фильтра, индикатор,входы которого соединены с выходами аналого-цифрового преобразователя,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью обеспечения постоянной разрешающей способности и однозначностирезультатов измерения, и него внедены реверсивный счетчик, выходы которого соединены с входами индикаторного устройства, два компаратора,выходы которых соединены соответственно с суммирующим и нычитающим входами ренерсивного счетчика, дифференциатор, вход которого соединен с выходом фильтра, а выход дифференциатора соединен с инвертирующим вхоДом первого компаратора и неинвертирующим входом второго компаратора, неиннентирующий вход первого и иннертирующий вход второго компараторов соединены соответстненно с положительным и отрицательным источниками опорного напряжения, три дополнительных триггера, выходы первого и второго дополнительных триггеров соединены соответственно с вто рыми входами первого и второго элементов И, первый элемент задержки, вход которого соединен с выходомусилителя-ограничителя опорного канала, второй элемент задержки, вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, третий элемент задержки, вход которого соединен с инвертором опорного канала, а выход третьего элемента задержки - с входом второго формирователя импульсов,"выход второго формирователя импульсов соединен с входом установки в единицу второго дополнительного триг. гера, первый дополнительный формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, второй дополнительный фор-, мирователь импульсов, вход которого соединен с выходом второго элемен;та задержки, а выход второго дополнительного формирователя импульсов соединен с входом установки н едини-. цу первого дополнительного триггера, три инвертора, четыре элемента И-НЕ, выход первого элемента И-НЕ соединен с входом установки н единицу третьего дополнительного триггера, выход второго элемента И-НЕ - с входом установки в нуль третьего дополнительного триггера, выход третьего эле- мента И-НЕ соединен с входом установки в нуль первого дополнитель1038885 ного триггера, а выход четвертогоэлемента И-НЕ - с входом установкив нуль второго дополнительного триггера, при этом выход третьего дополнительного триггера соединен с первыми входами третьего и четвертогоэлементов И-НЕ, вторые входы первого, второго и третьего элементовИ-НЕ через инвертор соединены с выходом первого формирователя импульсов измерительного канала, первый Изобретение относится к измерительной технике и может использовать" ся для измерения угловых и линейных перемещений с помощью фазовых датчиков, например, поворотных или 5 линейных.индуктосинов, вращающихся трансформаторов и т.п. Диапазон измерения фазометра Ф 2 Й К.Известен фазометр, содержащий формирователи импульсов, триггерные делители частоты, элемент И, коммутатор, выходы которого соединены с входами элемента И, один нз делителей частоты содержит инВертОр, П 1 ОснОВных и п - 1 ДопОлнительных триггеров, причем один из выходов и -1-го дополнительного триггера связан со счетным входом О -го основного триггера, другой выход со счетным входом П -го дополнительного триггера, счетный , 2 О вход первого дополнительного триггера соединен с выходом инвертора, а выходы основных триггеров соединены с входами коммутатора. Приведенное устройство работает по принципу 25 слежения и позволяет измерять фазовые сдвиги в пределах "2 90 ( п 1 =1,2,31 11 .Недостатками данного фазометра являются низкая точность измерения 30 фазового сдвига, обусловленная применением однополупериодной схемы измерения, а также низкая достоверность измерений из-за сбоев делителей частоты от помех35Наиболее. близким к предлагаемому является многоканальный фазометр, содержащий в каждом из каналов последовательно соединенные усилители-ограничители и делители частоты, инвертор, вход которого соединен с одним из формирователей импульсов и усилителем-органичителем и элемент И, счетный триггер в опорном канале, один из выходов которого соединен с первым входом элемента И, а вход - 45 с усилителем-ограничителем опорного канала и с вторым входом элемента И, в каждом канале второй делитель часвход первого элемента И-НЕ соединенс выходом первого формирователя импульсов опорного канала, первый входвторого элемента И-НЕ через инвертор соединен с выходом первого дополнительного формирователя импульсов,а второй вход четвертого элемента И-НЕ через инвертор соединен .свыходом Второго формирователяимпульсов . измерительного канала,1тоты, блок устранения сбоев, дополнительные элементы. И и ИЛИ, подключенный .через нормализатор фильтр и АЦП к индикатору,при этом входы элемента ИЛИ соединены с выходами первого и второго элементов И,первый и второй входы второго элемента И подключены соответственно к второму выходу счетного триггера и инверсному выходу второго делителя частоты опорного канала, блок устранения сбоев в каждом из каналов соединен по входам с пряьым и инверсными выходами первого и второго делителей частоты, с выходами формирователя импульсов и инвертора, а по выходам - с входами первого и второго делителей частоты, причем третий вход первого элемента И соединен с инверсным выходом первого делителя частоты, а третий вход второго элемента И с прямым выходом второго делителя частоты каждого из исследуемых ка налов Е 2 3.Недостатком известного устройства являются низкая разрешающая способность, меняющаяся при изменении предела измерения, а также неоднозначность результата измерения, вызванная симметричной относительно крайних значений диапазона характеристикой.Цель изобретения " обеспечение постоянной разрешающей способности и однозначности результатов измерения.Поставленная цель достигается тем, что в следящий фазометр, содержащий в каждом канале усилитель-ограничитель, два формирователя импульсов, инвертор, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя и входом первого формирователя импульсов, счетный триггер, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя опорного канала, вход второго формирователя импульсов измерительного канала соединен с выходом инвертора, два элемента И, элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами элементов И, причем первые входыпервого и второго элементов И соединены соответственно с пряьым и инверсным выходами счетного триггера,нормализатор, вход которого соеднненс выходом элемента ИЛИ, фильтр, входкоторого соединен с выходом нормализатора, аналого-цифровой преобразователь, Вход которого соединен с выходом фильтра, индикатор, входы которого, соединены с выходами аналого-,10цифрового преобразователя, дополнительно введены реверсивный счетчик,выходы которого соединены с входамииндикаторного устройства, два компаратора, выходы которых соединены 15соответственно с суммирующим и вычи-.тающим входами реверсивного счетчика, дифференциатор, вход которогосоединен с выходом фильтра, а выходдифференциатора соединен с инвертирующим входом первого компаратора,и неинвертирующнм входом второго компаратора, неинвертирующий вход иинвертирующий вход второго компара-.торов соединены соответственно с положительным и отрицательным источниками опорного напряжения, три дополнительных триггера, выходы первогои второго дополнительных триггеровсоединены соответственно с вторымивходами первого и второго элементов 30И, первый элемент задержки, вход которого соединен с выходом усилителяограничителя опорного. канала, второйэлемент задержки, вход которого.,соединен с выходом первого элемента задержки, третий элемент задержки, входкоторого соединен с инвертором опорного канала, а выход третьего элемента задержки - с входом второгоформирователя импульсов, выход второго формирователя импульсов соединен с входом установки в единицу второго дополнительного триггера, первыйдополнительный формирователь импульсов, вход которого соединен с выходомпервого элемента задержки, второй45дополнительный формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, а выход второго дополнительного формирователя импульсов соединен со входом50становки в единицу первого дополнительного триггера, три инвертора,четыре элемента И-НЕ, выход первого элемента И-НЕ соединен с входомустановки в единицу третьего дополнительного триггера, выход второгоэлемента И.-НЕ - с входом установкив нуль третьего дополнительного триггера, выход третьего элемента И-НЕсоединен со входом установки в нульпервого дополнительного триггера, авыход четвертого элемента И-НЕ - свходом установки в нуль второго дополнительного триггера, при этомвыход третьего дополнительного триг-.,гера соединен с первыми входами тре тьего и четвертого элементов И-НЕ, вторые входы первого, второго и третьего элементов И-НЕ через инвертор соединен с выходом первого формирователя импульсов измерительного канала, первый вход первого элемента И-НЕ соединен с выходом первого формирователя импульсов опорного канала,. первый вход второго элемента И-НЕ через инвертор сбединен с выходом первого дополнительного формирователя импульсов, а второй вход четвертого элемента И-НЕ через инвертор соединен с выходом второго формирователя импульсов измерительного канала.На фиг.1 приведена структурная схема, на фиг.2 - временные диаграммы работы фазометра; на фиг.3 - зависимость напряжения на выходе фильтра от фазового сдвига, на фиг.4- гистерезис характеристики в точкеустройство содержит усилители ограничители 1 и 2,. формирователи 3-.8, импульсов, инверторы 9-1-9-5, счет,ный триггер 1(, элементы И 11-1 и 11-2, элемент ИЛИ 12, нормализатор 1 фильтр 14, аналого-цифровой преобразователь 15, индикатор 16, реверсивный счетчик 17, компараторы 18 и 19, дифференцнатор 20, триггеры 21-23, элементы 24-26 задержки, элементы И-НЕ 27-30, причем усилитель-ограничитель 1 соединен через формирователь 3 импульсов, инвертор 9-2 и элемент 24 задержки с формирователем 7 ймпульсов, элемента. ми 25 и 26 задержки и первым входом элемента И-НЕ 27, второй вход которого соединен с инвертором 9-3, вторым входом элемента И-НЕ 28, первый вход которого подключен к выходу инвертора 9-1, соединенного с формирователем 7, усилитель-ограничитель 2 соединен через Формирователь 5, инвертор 9-5 с инвертором 1 9-3 и формирователем 6, соединенным с инвертором 9"4, который своим выходом соединен с первым входом элемента .И-НЕ 30, второй вход которого подсоединен к выходу триггера 23 и первому входу элемента И-НЕ .29, второй вход которого соединен с вторым входом элемента 27, а выход - с входом триггера 21, 5 -вход которого соединен через формирователь 8 с элементом 25 задержки, при этом выход триггера 21 подсоединен к первому входу элемента И 11-1, второй вход которого соединен с первым выходом триггера 10, соединенного вторым своим выходом с цервым входом второго элемента И 11-2, а входом - с форми-. рователем 3, усилителем-ограничителем 1 и инвертором 9-2, при этом второй вход элемента 11-2 соединен свыходом триггера 22, Б -входкоторого через формирователь 4 соеди нен с элементом 26 задержки, а Й-вход - с выходом элемента 30, выходы элементов 11-1 и 11-2 соединеныс элементом ИЛИ 12, соединенного через, нормализатор 13, Фильтр 14 и АЦП 15 - 5с индикатором 16, второй вход которого соединен с выходом реверсивногосчетчика 17, первый вход которогосоединен с Выходом компаратора 18,а второй - с выходом компаратора 19,входы которых объединены и соединеныс дифференциатором 20, вход которого соединен с фильтром 14 и АЦП 15.Фазометр работает следующим образомо15Усилитель-ограничитель 1 опорногоканала и усилитель-.ограничитель 2измерительного канала формируютимпульсы, Фронты которых совпадаютс моментами перехода, гармоническимсигналом через нулевой уровень(Фиг.2 а и т) . Формирователи 3-8импульсов Формируют по переднемуФронту короткие импульсы,Длительность коротких импульсовФормирователей 4,5,6 и 8 ныбирается минимальной, но достаточнойдля обеспечения четкой работы триггеров по установочным входам. Формирователи 3 и 7 вырабатывают импульсы симметричные относительно 3 Оимпульсов на выходе Формирователя 8(фиг.2 в,с, о ) . Длительность импульсон на выходе формирователя 7 ( фиг.2 сравна удвоенному времени задержкиэлемента 25 1 М = 21 дд г),Длитель ность импульсов на выходе формирователя 3 ( Фиг.2 Ь) равна удвоенномусуммарному времени задержки элементов 24 и 25(из 2(1 юд,+бац,.г). Времязадержки элемента 26 равно сумме вреОмени задержки элементов 24 и 25(адгь=дла + од.г)Импульс с выхода Формирователя 8фиг,23 ), соответствующий началуположительной полуволны опорного сигнала, устанавливает триггер 21 в еди ницу.Аналогично импульс с выхода формиронателя 5 (Фиг.2) , соответствующий началу положительной полувояныисследуемого сигнала, проходит черезсхему управления гистерезисом и ус Отананливает триггер 21 в нуль. Импульс с выхода Формирователя 4(Фиг.2 е), соответствующий началу отрицательной полуволны опорного сигнала устанавливает триггер 22 в еди- .Щницу, а импульс с выхода формирователя б (Фиг.2 1), соответствующий началу отрицательной полуволны исследуемого сигнала, проходит через элемент ЗО и устанавливает триггер 22 щв нуль. На выходе триггеров 21 и 22Формируются импульсы, длительностькоторых пропорциональна фазономусдвигу в пределах одного циклаСигналы, снимаемые с выходов счетного триггера 10, коммутируют сигналы стриггеров 21 и 22.На выход элемента 12 ИЛИ одинпериод исходной частоты подключается сигнал с одной полупериодной схемы, а но второй период в с другойоднополупериодной схемы.Так осуществляется днухполупериодное измерение фазового сдвига.Далее широтномодулированный сигналнормализуется по амплитуде нормали-затором 13 и сглажинается Фильтром 14.Зависимость напряжения на выходефильтра 14 (Фиг.З) от фазового сдвига имеет циклический характер, а также имеет скачки напряжения в точках 2 к К . В отсутствии гистерезисазависимости в точках Ь К наблюдается неустойчивое состояние, обуслов-ленное неопределенностью состояниятриггеров при одновременном воздействии на установочные входы, а также дрожанием исследуемого сигнала приналичии помехи. Гистерезис характеристики в точках 2 н К . осуществляется следующим образом. Если"хотябы один из импульсов с выхода формирователя 5 (фиг.2) войдет в зонуимпульса, образованного формирователем 7 (фиг,2 с), то он пройдет навыход элемента 28 И-НЕ и установиттриггер 23 в нуль, При этом осуществляется запрет на прохождение импульсов через элементы 29 и ЗО, а триггеры 21 и 22 будут находиться в состоянии единица. Если импульс свыхода формирователя 5 (Фиг.2 р)ньйдетза пределы импульса с выхода формирователя 3 (фиг.2 Ц, то на выход эле-.мента 27 будут проходить импульсы,которые установят триггер 23 в единицу и. тем самым, разрешат прохождение ймпульсов с выходов формирователей 5 и 6 на установочные входытриггеров 21 и 22. Длительность им 1 пульсов на выходе формирователя 7должна быть не менее удвоенной длительности импульсов формирователя 8.Длительность импульсов на выходеформирователя 3 определяется с учетом соотношения сигнал - помеха, причем зона дрожания сигнала должна бытьменьше, чем расстояние между началами импульсов на выходах формиронателей. 3 и 7, равное 1 рд,г . Направление входа и выхода при гистерезисеизображены стрелками на фиг.4.По структуре следящий фазометрявляется двухшкальным устройством.Одна шкала используется для измерениясдвига фазы в пределах 0-360, авторая - для подсчета циклическихсдвигов, кратных 360 . Следящая частьустройства основана на том, что зависимость напряжения на выходе,фильтра от сдвига фазы имеет скачок вточках 2 Ъ К,Переходный процесс в Фильтре 14 при скачке напряжения идентичен реакции фильтра на единичный скачок и определяется только свойствами Фильтра. При переходе через точка 7 ЯК в сторону увеличения фазового сдвига происходит скачок Чс с максималь:ного уровня на минимальный, аналогично, при уменьшении Фазового сдвига - с минимального уровня на максимальный.Постоянная времени дифференциатора 20 выбирается с учетом переходной характеристики Фильтра 14. При этом сигнал на выходе дифференциатора 20 принимает максимальное по амплитуде значениелишь в моменты "скачка" напряжения на выходе Фильтра 14, а при других, более медленных. измененияхамплитуда сигнала дифференциатора 20 много меньше уставок напряжений, к которым подключены компараторы 18 и 19. В момен "скачка" один из компараторов Формирует импульс, который изменяет содержимое реверсивного счетчика 17, и тем самым отслеживается цикл, в котором происходит изменение фазового сдвига. Таким образом, предлагаемый следящий Фазометр, по сравнению с прототипом имеет постоянную раэрешаюшую способность, не зависящую отдиапазона измерения, обладает одно значно определенным результатом измерения, диапазон следящего измерения сдвига Фазы не зависит от частоты несущей и определяется толькоемкостью реверсивного счетчика, об ладает более высокой достоверностью,обусловленной отсутствием сбоев делителей частоты, обладает воэможностьюпредустановки рабочего цикла похранящемуся предыдущему значению цик ла,при включении). Следящий Фазометр может быть использован для.измерения угловых и линейных перемещений на стенках с программным управлением, а также для измерения деформаций деталей разт личных машин с .помощью линейногоиндуктосина. Использование следящего Фазометра позволит снизить процент бракованных деталей, а также повысить качество деталей за счет более точного измерения размеров.1038885 Фиг.Е Составитель В.АфанасьевТехред И. ГайдуКорректор Г.Решет Тираж 710ВНИИПИ Государственнопо делам изобретений113035, Москва, Ж,аз б 224 52 илиал ППП фПатен едактор В,Пилипенко Подписноекомитета СССРоткрытийаушская наб., д. 4/5 жгород, ул. Проектная,