Следящий фазометр

ОП ИКАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик пц 894595(22) Заявлено 20. 05. 80 (21) 2826058/18-21 с присоединением заявки РЙ 6 01 й 25/00 3 Ъсударстаеииый комитет СССРпо делам изобретений и открытийОпубликовано 30. 12. 81. Бюллетень Юе 48Дата опубликования описания 02.01, 82 В. И, Гупалов Ленинградский ордена Ленина политехнический им. И. И, Калинина(54) СЛЕДЯЩИЙ ФАЗОИЕТР Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения угловых и линейных перемещений, а также деформации при помощи Фазовых датчиков, например поворотных или линейных индуктосинов.5 Известен фазометр, содержащий Формирователи импульсов, триггерные делители частоты, схему И, коммутатор,10 выходы которого соединены со входами схемы И, один из делителей частоты содержит инвертор, тп основных и тп -1 дополнительных триггеров, причем один из выходов т -1) -20 дополнительного15 триггера связан со счетным входом йосновного триггера, другой выход - со счетным входом и -20 дополнительного триггера, соединенного с выходом инвертора, а выходы основных триггеров соединены со входами коммутатора. Приведенное устройство работает по принципу слежения и позволяет измерять Фазовые сдвиги в пределах + 2 тп 90 (тп = 1, 2,3 2 Г 13Недостатки такого фазометра - низкая точность фазового сдвига, обусловленная применением однополупериодной схемы измерения, и низкая достоверность измерений из-за сйоев делителей частоты от помех.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является,многоканальный Фазометр, содержащийв каждом из каналов последовательносоединенные формирователи импульсов,делители частоты, инвертор, вход которого соединен с формирователем импульсов, коммутатор и элемент И, счет.ный триггер в опорном канале, одиниз выходов которого соединен с первымвходом элемента И, а вход - с прямымвыходом делителем частоты и со вторым входом элемента И, в каждом канале второй делитель частоты, блок уст-ранения сбоев, дополнительные элементы И и ИЛИ, подключенные через норма894595 4тый, шестой, седьмой и восьмой элементы И, первый и второй ключи, первый, второй, третий, четвертый ипятый управляющие триггеры, дифференциатор и третий и четвертый Формирователи, причем выход усилителя"ограничителя опорного канала соединен совходом первого элемента задержки,выход которого соединен со входами ф третьего формирователя и второго элемента задержки, выход которого соединен со входом четвертого формирователя, выход которого соединен с первыми входами. первого и четвертого улаф равляющих триггеров, выходы которыхсоединены с первыми входами соответственно первых и четвертых элементов И, а вторые входы первого и третьего управляющих триггеров соедиие" 26 ны с выходом первого формирователяизмерительного канала и первыми входами пятого и шестого элементов И,второй вход пятого элемента И соединен с выходом третьего формирователя 2% а выход - со вторым входом пятогоуправляющего триггера, первый выходкоторого соединен с третьим и вторьмвходами соответственно первого и второго элементов И, второй выход - со Зр вторыми входами третьего и четвертого элементов И, а первый вход - с вы"ходом шестого элемента И, второйвход которого соединен с выходомпервого формирователя опорного кана фла выход инвертора опорного капаласоединен со входом третьего элемента задержки, выход которого соединен со входом второго формирователяопорного канала, выход которого со Э единен с первыми входами второго итретьего управляющих триггеров, а выходы последних соединены с первымивходами второго и третьего элементов И, а второй вход. второго тригге- ФЭра соединен с выходом второго формирователя измерительного канала и вторым входом четвертого триггера; второй вход индикатора соединен с выходом реверсивного счетчика, первый ивторой входы которого соединены с вы- Яходами третьего и четвертого компараторов, причем второй вход третьегои первый вход четвертого компараторов соединены соответственно с источниками опорного напряжения +М 1-ЧИа первый вход третьего и второй входчетвертого компараторов соединены свыходом дифференциатора, вход которого соединен с выходом фильтра и перлйзатор и фильтр к коммутатору, при этом входы элемента ИЛИ соединень. с выходами первого и второго элементов И, первый и второй входы второго элемента И подключены соответственно 3 ко второму выхоДу счетного триггера и инверсному выходу второго делителя частоты опорного канала, блок устранения сбоев в каждом иэ каналов соединен по входам с прямыми и инверсными1 выходами первого и второго делителей частоты, с выходами формирователя импульсов и инвертора, а по выходам - со входами первого и второго делите" лей частоты, причем третий вход пер" вого элемента И соединен с инверсным выходом первого делителя частоты, а третий вход второго элемента И - спрямым выходом второго делителя часто ты каждого из исследуемых каналов., Диапазон измерения фаэометра ф 2 ЛК 2,Недостатками указанного Фазометра являются низкая точность измерения, наличие мертвых зон на краях диапазона измерения и низкая достоверность результата измерения из-за вероят" ности сбоев делителей частоты.Цель изобретения - повышение точности измерения.Указанная цель достигается тем,что в следящий фазометр, содержащии в каждом канапе усилитель-ограничитель, два формирователя импульсов,инвертор, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя и вхо,дом первого. формирователя, счетный триггер, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя опорного канала, первый, второй, третий и четвертый элементы И, элемент ИЛИ,э причем второй вход первого и третин вход третьего элементов И соединены с первым выходом счетного триггера, в третьи входы второго и четвертого элементов И - со вторьм выходом счет" ного триггера, нормализатор, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого соединены с . выходами элементов И, фильтр, вход которого соединен с выходом нормали- . затора, а выход - со входом аналогоцифрового преобразователя, выход которого подключен ко входу индикатора, причем выход инвертора измерительного канала соединен с выходом второго формирователя, введены первый, второй и третий элементы задержки, реверсивный счетчик, первый, второй, третий и четвертый компараторы, пя89459 вым входом первого и вторым входомвторого компараторов, а второй входпервого и первый вход второго компараторов соединены с источником опорного напряжения + Ч /2, а выходы первого и второго компараторов соединены соответственно со вторыми входамиседьмых и восьмых элементов И, первые входы которых соединены со вто"рым выходом пятого управляющего триг Огера, а выходы - с первыми входамисоответственно первых и вторых .ключей, вторые входы которых соединены с источниками опорного напряжениясоответственно +Чо/2, -Ч 0(2, а выходы - со вторым входом фильтра,На фиг, 1 представлена структурная схема следящего фазометра; нафиг. 2 - временные диаграммы его работы, 20Следящий фазометр включает усилители-ограничители 1 и 2, формирователи 3"б импульсов, инверторы 7 и 8,счетный триггер 9, элементы И 10-13,элемент ИЛИ 14, нормализатор 15, . 25фильтр 16, аналого-цифровой преобразователь 17, индикатор 18, первыйэлемент 19 задержки, второй элемент 20задержки, третий элемент 21 задержки,4 юрмирователи 22 и 23 импульсов, элементы 24 и 25 совпадения, триггеры 26-30, ключи 31 и 32; реверсивный счетчик 33, дополнительные элементы И 34 и 35, компараторы 36-39,дифференциатор 40.35Фазометр работает следующим образом.Усилители-ограничители 1 и 2 формируют из исходных гармонических сигналов импульсы (фиг.2 а,в),фронты ко-.торых совпадают с моментами переходагармоническим сигналом нулевого уровня.Формирователи 3,4,5,22 и 23,импульсов,формируют по переднему фронту короткиеимпульсы.Длительность коротких имйульсов формирователей 5, 6, 22 и 23 вы"бирается минимальной, но достаточнойдля четкой работы триггеров по установочньм входам, Формирователи 3 и 4 импульсов вырабатывают импульсы, симмет 50ричные относительно импульсов на выходе формирователя 22 фиг, 2 с,д, е),Длительность импульсов на выходе формирователя 4 фиг. 2 8) равна удвоенному времени задержки элемента 20 задержки 1. =Ь д).Длительность импульсов на выходе формирователя 3фиг. 2,с) равна удвоенному суммарному времени задержки элементов 19 и 20 5 62101 фФ 0) Время задержки элемента 21 равно сумме времени задерж"ки элементов 19 и 20 Ва уц 1+ф 30 Ар)Время задержки элемента 20 должнобыть больше мертвой зоны основноготриггерного фаэометратриггеры 26 в,28). Ширина мертвой зоны зависитот длительности коротких импульсов,быстродействия триггеров, соотношения сигнал-помеха, а также частотного спектра помех. Время задержки элемента 19 должно быть большечем "дрожание" сигнала и зависит только от соотношения сигнал-шум, Элемент 24 совпадения проаускает короткие импульсы с выхода формирователя 5лищь тогда,когда они входят в зонукоротких импульсов 1 фиг. 2 ф с выхода формирователя 4. Элемент 25 совпадения пропускает импульсы с выходаформирователя 5, когда они находятсявне зоны коротких импульсов фиг. 2 с)формирователя 3,По структуре следящий фазометр является двухакальным прибором. Одна шкала используется для измерения фазового сдвига .в пределах 0-360 , а вторая - дпя подсчета циклических сдвигов, кратных 360 . Импульс совыхода формирователя 22 (фиг. 20), соответствующий началу положительной полуволны опорного сигнала, устанавливает триггеры 26 и 30 в единицу.Аналогично импульс с выхода формирователя 23 фиг. 2 И, соответствующий началу отрицательной полуводны опорного сигнала, устанавливает триггеры 28 и 29 в единицу. Импульс с выхода формирователя 5 (фиг, 2 ф, устанавливает триггеры 26 и 29 в куль. Аналогично импульс с выхода формиро,вателя 6 фиг. 2 И), соответствующий началу отрицательной полуволны измерительной сигнала, устанавливает триггеры 28 и 30 в нуль. На временных диаграммах фиг. 2 1 М, 1 представлены сигналы на выходах триггеров 26, 28, 29 и 30. Триггеры 26 и 28 образуют основной двухполупериодный фазометр; а триггеры 29 и 30 - дополнительный двухполупериодньп фазометр. Двухполупериодные фазометры получаются за счет поочередного подключения однополупериодных схем, которое осуществляет сигнал с выхода счетного триггера 9 фиг. 2 т). На временных диаграммах фиг. 2 , р представлены сигналы основного и дополнительно, го двухполупериодных фазометров. Характеристика дополнительного двух;олу периодного фазометра сдвинута относительно характеристики основного фаза метра на 180оХарактеристика дополнительного фаэометра в области малых значений сдвига фазы от 2 ЛК до У (2 К+1) расположе" на вьппе характеристики основного фазометра на Мо /2, гдь Чо - опорное йапряжение нормализатора, а в области больших значений сдвига фазы от (2+1)1 до 2 Щ+1) характеристика дополнительного Фаэометра расположена ниже ос- новной на Чо/2. Если изменение сдвига Фазы происходит в области малых значений (сигнал с выхода компаратора 37 равен единице) и импульс с выхода формирователя 5 (фиг. 2) входит в зону короткого импульса с выхода формирователя 4, то триггер 27 устанавливается в нуль.Одновременно происходит подключение к первому входу фильтра сигнала дополнительного фазометра и подключение смещения -Ч 0/2 ко второму входу фильтра. Аналогично, если, сдвиг фаз находится в области больших значений и происходит вхождение импульса с выхода формирователя 5 (Фиг. 2в зону импульса (Фиг.2 д) с выхода Формирователя 4,то происходит подключение сигнала дополнительного фазометра и смещение + Ч 0/2. Когда импульс с выхо", да формирователя 5 (фиг. 2) выходит за пределы зоны короткого импульса с выхода формирователя 3 (фиг,2 С), триггер 27 устанавливается в единицу и одновременно на вход фильтра подключается сигнал с выхода основного фаза- метра.Суммарная характеристика фаэометра имеет гистерезис, однако наличие его не сказывается на линейности зависимости напряжения на выходе фильтра 16 от изменения сдвига фазы в пре делах одного цикла. Линейный участок характеристики фаэометра равен 2 Л + +26.Ц, где Ь Ю - ширина гистерезиса, определяемая длительностью импульса на выходе формирователя 3 (фиг. 2 с), длительность которого должна быть меньше половины периода исходной час таты (т.е.ЬЧЛ)Следящая часть устройства основайа на том, что характеристикафазометра имеет циклический характер и при переходе с одного линейного участка на другой происходит скачок напряжения. 8Переходньп процесс в фильтре 16 при скачке напряжения идентичен реакции фильтра на единичный скачок и определяется только свойствами Фильтра.При увеличении фазового сдвига происхо" дит скачок с максимального уровня на уровень характеристики основного Фазометра (область малых значений), а при уменьшении фазового сдвига происходит скачок с минимального уровня на уровень характеристики основного фазометра (,.область больших значений) . Абсолютная величина скачка равнаУо Постоянная времени дишференциатора 40 выбирается с учетом переходной характеристики фильтра 16. При этом сигнал на выходе дифференциатора 40 принимает максимальное по амплитуде значение лишь в моменты скачка напряжения на выходе фильтра 16, а при других более медленных изменениях напряжения на выходе фильтра 16 сигнал дифференциатора 40 много меньше уставок напряжений (О), к которым подключены компараторы 38 и 39. Б момент скачка один из компараторов Формирует импульс, который изменяет содержимое реверсивного счетчика 33, и тем самым отслеживается цикл, в котором происходит изменение ФазовоГо сдвига. Формула изобретения Следящий фазометр, содержащий в каждом канале усилитель-ограничитель, два формирователя импульсов, инвертор, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя и входом первого формирователя, счетный триггер, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя опорного канала, первьцЪ, второй, третий и четвертый элементы И, элемент ИЛИ, причем второй вход первого и третий входтретьего элементов И соединены с первым выходом счетного триггера, а.третьи входы второго и четвертого элементов И - со вторым выходом счетного триггера, нормализатор, входкоторого соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами элементов И, фильтр, вход которого соединен с выходом нормали- затора, а вЬ 1 ход - со входом аналогоцифрового преобразователя, выход которого соединен со входом индикатора,причем выход инвертора измерительного канала соединен с выходом второгоформирователя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены первый, второй и третий элементы задержки, реверсивный счетчик, первый, второй, третий и четвертый компаратор:,пятый, шестой, седьмой и восьмой элементы И, первый и второй ключи, первый, второй,.третий, четвертый и пятый управляющие триггеры, дифференциатор и третий и четвертый формирова-.тели, причем выход усилителя-ограничителя опорного канала соединен совходом первого элемента задержки, выход которого соединен со входами третьего формирователя и второго элемента задержки, выход которого соединенсо входом четвертого формирователя,выход которого соединен с первыми входами первого и четвертого управляющих триггеров, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первых и четвертых элементов И, авторые входы первого и третьего управляющих триггеров соединены с выходом первого формирователя измерительного канала и первыми входамипятого и шестого элементов И, второйвход пятого элемента И соединен свыходом третьего формирователя, а выход - со вторым входом пятого управ"ляющего триггера, первый выход которого соединен с третьим и вторым входами соответственно первого и второго элементов И, второй выход " со вторыми входами третьего и четвертогоэлементов И, а первый вход - с выходом шестого элемента И, второй входкоторого соединен с выходом первогоформирователя опорного канала; выходинвертора опорного канала соединенсо входом третьего элемента задержки,выход которого соединен со входомвторого формирователя опорного канала, выход которого, соединен с первыми входами второго и третьегоуправляющих триггеров, а выходы последних соединены с первыми входамивторого и третьего элементов И, авторой вход второго триггера соединен с выходом второго формирователяизмерительного канала и вторым входомчетвертого триггера второй вход индикатора соединен с выходом реверсив ного счетчика, первый и второй входы которого соединены с выходами тре"тьего и четвертого компараторов, причем второй вход третьего и первыйвход четвертого компараторов соеди 1 з иены соответственно с источникамиопорного напряжения +М, -Ч, а первыйвход третьего и второй вход четвертого компараторов соединены с выходомдифференциатора, вход которого соедищо нен с выходом фильтра и первым входомпервого и вторым входом второго компараторов, а второй вход первого ипервый вход второго компараторов соединены с источником опорного напряг жения + Ч /2, а выходы первого и второго компараторов соединены соответ-ственно со вторыми входами седьмыхи восьмых элементов И, первые входыкоторых соединены со вторым выходомпятого управляющего триггера, а выходы - с первыми входами соответственнопервых и вторых ключей, вторые входыкоторых соединены с источниками опорного напряжения соответственно + Чо/2,-М/2, а выходы - со вторым входом 35фильтра. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР У 410330, кл. б 01% 25/00, 1974. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 264 б 178, кл.01 К 25/00,1979,894595 С г е Каталончик Составитель М а Техред Б,Жарит Тираж 735 И Государственного делам изобретений Москва, УРа лиал ППП "Патент", г. Уж/5 тная город, ул,Редактор И. МихеевЗаказ 11479/73ВНИИПпо комитета ССи открытийшская наб.П Корректор ". БазароваПодписное