Инфранизкочастотный фазометр

(5)5 6 01 Е ИЗОБРЕТ СТВ ВИ АВТОРСКО ский инехнич нина) инич,.Прио СССР1986.о СССР1980,ТНЪИ ФАЗ зобрепре 4 (Я ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Исптение от ользование: предлагаемо носится к информацион Предлагаемое изобретение относится к информационно-преобразовательной и измерительной технике и может быть использовано в качестве вторичного преобразователя в системах фазового регулирования, а также в устройствах, измеряющих фазовый сдвиг двух периодических сигналов и формирующих результат измерения в виде аналогового сигнала, знак которого зависит от знака Фазового сдвига.Известен Фазометр, содержащий усилители-ограничители, дифференциальную цепь, триггер, фильтр нижних частот, блок вычитаний, фильтр верхних частот, индикатор, Недостатком известного фазометра является низкая точность, обусловленная наличием аналоговых элементов.Известен преобразователь фаза-напряжение, содержащий входные формирователи, два триггера, коммутатор, инвертор, переключатель, два интегратора и порогоразовательной и измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического регулирования и фазового управления. Цель - упрощение устройства. Сущность изобретения заключается в новой организации функционального преобразования промежуточных цифровых результатов в напряжение постоянного тока, пропорциональное фазовому сдвигу. При этом в качестве преобразователей цифра. аналог используются преобразователи цифрового кода в ток, Положительный эффект: простота, надежность, экономичность в процессе изготовления и эксплуатации.5 ил. вое устройство. Недостатком известного преобразователя является низкое быстро- . действие, обусловленное наличием временной задержки интеграторов.Наиболее близким по достигаемому результату и технической сущности к предлагаемому изобретению является инфранизкочастотный фаэометр, содержащий пять формирователей, блок управления, блок знака, три резистора, сумматор, последовательно соединенные триггер, элемент совпадения, счетчик, первый блок памяти и первый преобразователь цифра- аналог, а также генератор импульсов, выходом подсоединенный к второму входу элемента совпадения, источник напряжения, который через коммутатор знака соединен с опорным входом первого преобразователя цифра-аналог, второй блок памяти. усилитель и второй преобразователь циФра-аналог, опорный вход которого сое 177568310 20 25 35 55 динен с выходом усилителя, причем входы первого и второго формирователей являются входами фазометра, а их выходы соединены соответственно через третий и четвертый формирователи с соответствующими входами управления блока знака и соответственно с входами управления первого блока памяти, кроме того выходы первого и второго формирователей соединены через блок управления с соответствующими входами триггера, первый выход блока управления соединен также со входом управления счетчика, а второй выход блока управления - с третьим входом блока знака и входом пятого формирователя, выход которого соединен одновременно со входами управления первого и второго преобразователей цифра-аналог и со входом управления второго блока памяти, информационные входы которого соединены соответственно с выходами блока знака, а выход второго блока памяти - с управляющим входом коммутатора знака.В известном фазометре получение результата измерения, определяющего фазовый сдвиг и представленного в аналоговом видеосуществляется путем получения цифровых эквивалентов интервала времени х, пропорционального сдвигу фаз и периода входных сигналов Т с последующим функциональным преобразованием в аналоговую величину, пропорциональную отношению мТ, то есть фазовому сдвигу. Основными элементами функционального преобразователя в данном фазометре являются два преобразователя цифра-аналог, три резистора. усилитель и сумматор, кроме этого для нормального функционирования известного фаэометра необходимо подключить с выхода счетчика к информационным.входам второго преобразователя цифра-аналог вполне определенное заранее рассчитанное число разрядов. Следовательно, недостатком известного фазометра является сложность его реализации.Целью предлагаемого изобретения является упрощение устройства,Достигаемый при этом положительный эффект заключается а повышении надежности, экономичности фазометра в процессе его изготовления и эксплуатации.Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в инфранизкочастотном фазометре, содержащем пять формирователей, блок управления, блок знака. последовательно соединенные триггер, элемент совпадения, счетчик, первый блок памяти и первый преобразователь цифра-аналог, а также генератор импульсов, выходом подсоединенный к второму входу элемента совпадения, источник напряжения, который через коммутатор знака соединен с опорным входом первого преобразователя цифра-аналог, второй блок памяти, усилитель и второй преобразователь цифра-аналог, опорный вход которого соединен с выходом усилителя, причем входы первого и второго формирователей являются входами фаэометра, а их выходы соединены соответственно через третий и четвертый формирователи с соответствующими входами управления блока знака и соответственно со входами управления первого блока памяти, кроме того выходы первого и второго формирователей соединены через блок управления с соответствующими входами триггера, первый выход блока управления соединен также со входом управления счетчика, а второй выход блока управления - с третьим входом блока знака и входом пятого формирователя, выход которого соединен одновременно со входами управления первого и второго преобразователей цифра-аналог и со входом управления второго блока памяти, информационные входы которого соединены соответственно с выходами блока знака, а выход второго блока памяти - с управляющим входом коммутатора знака, преобразователи цифрааналог выполнены в виде преобразователей цифрового кода в ток, а их объединенные выходы соединены со входом усилителя, выход которого является выходом фазометра,а все информационные выходы счетчика соединены с информационными входами второго преобразователя цифра-аналог.Таким образом, в предлагаемом фаэометре осуществлена новая организацияфункционального преобразования, состоящая в том, что после измерения интервала времени х, пропорционального сдвигу фаз, и периода Т входных сигналов формируется аналоговая величина, пропорциональная отношению г/Т, то есть фазовому сдвигу, и использующая лишь два преобразователя цифра-аналог и усилитель, При этом реализуется зависимость видаК 1 ИОвых 016т где Оных - выходное напряжение фазометра, 016- напряжение на выходе коммутатора знака, К 1, К 2 - масштабные коэффициенты, соответствующих преобразователей цифра-аналог, й- число импульсов, пропорциональное т, Мт - число импульсов, пропорциональное Т.На фиг, 1 изображена структурная схема предлагаемого фазометра; на фиг. 2 а представлена структурная схема триггера; на фиг. 2 б изображена структурная схема первого блока памяти; на фиг, 3 представлена временная диаграмма работы фазометра и его элементов; на фиг, 4. а изображена структурная схема блока управления; на фиг, 4 б представлена структурная схема блока знака; на фиг. 4 в приведена структурная схема второго блока памяти; на фиг.4 г изображена структурная схема коммутатора знака; на фиг, 5 приведена принципиальная схема выходной части триггера,Входные сигналы (см. фиг. 1) поступают на входы первого и второго формирователей 1 и 2, выходы которых соединены с входами третьего и четвертого формирователей 3, 4 и одновременно подключены к соответствующим входам блока 5 управления, первый выход которого соединен со вторым выходом управления счетчика 6 и первым входом триггера 7, выход которого соединен с первым входом элемента 8 совпадения, второй вход которого соединен с выходом генератора 9 импульсов, выход элемента 8 совпадения соединен с первым входом счетчика 6, выход которого подключен к первому входу первого блока 10 памяти, второй и третий входы управления которого соединены соответственно с выходами третьего и четвертого формирователей 3, 4 и одновременно с соответствующими первым и вторым входами управления блока 11 знака, третий вход которого соединен с вторым выходом блока 5 управления, с вторым входом триггера 7 и с входом пятого формирователя 12, выход которого соединен одновременно с третьим и вторым входами управления соответственно первого и второго преобразователей 13, 14 цифра-аналог и с первым входом управления второго блока 15 памяти, второй и третий информационные входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока 11 знака, выход второго блока 15 памяти соединен со вторым управляющим входом коммутатора 16 знака, первый вход которого соединен с выходом источника 17 напряжения, выход коммутатора 16 знака соединен со вторым опорным входом первого преобразователя 13 цифра-аналог, первый вход которого подключен к выходу первого блоха 10 памяти, первый вход которого соединен с третьим входом (информационными входами) второго преобразователя 14 цифра-аналог, первый опорный вход которого является выходом устройства и подключен к выходу усилителя 18, вход которого соединен с вы 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ходами первого и второго преобразователей 13, 14 цифра-аналог,На фиг, 2 а первый вход триггера 7 соединен с входом формирователя 19, второй вход триггера 7 соединен с входом формирователя 20, выход формирователя 19 соединен с первым входом элемента ИЛИ 21, второй вход которого соединен с выходом формирователя 20, а выход элемента ИЛИ 21 соединен с входом триггера 22, выход которого является выходом триггера 7,На фиг. 2 б второй вход управления блока 10 памяти соединен с первым входом элемента ИЛИ 23, третий вход управления блока 10 памяти соединен с вторым входом элемента ИЛИ 23, выход которого подключен к входу триггера 24, выход которого соединен с входом формирователя 25, выход которого соединен с первым входом управления регистра 26 памяти, второй вход которого является первым входом блока 10 памяти, выходом которого является выход регистра 26 памяти,На фиг, 4 а первый вход блока 5 управления соединен с первым входом элемента ИЛИ 27 и с первым входом элемента И 28, второй вход элемента ИЛИ 27 соединен со вторым входом элемента И 28 и является вторым входом блока 5 управления, первыйвыход которого подключен к выходу момента ИЛИ 27, а второй выход - к выходу элемента И 28.На фиг. 4 б первый вход управления блока 11 знака соединен с первым входом элемента И 29, второй вход управления блока 11 знака соединен с первым входом элемента И 30, второй вход которого является третьим входом блока 11 знака и соединен со вторым входом элемента И 29, выход которого соединен с В-входом триггера 31, 3-вход которого подключен к выходу элемента И 30.Прямой выходтриггера 31 является первым выходом блока 11 знака, второй выход которого соединен с инверсным выходом триггера 31.На фиг, 4 в первый вход управления блока 15 памяти соединен с входом С синхронизации триггера 32, второй информационный вход блока 15 памяти соединен с Я-входом триггера 33, В-вход которого является третьим информационным входом блока 15 памяти, выходом которого является выход триггера 32, 0-вход которого соединен с выхпдом триггера 33.На фиг, 4 г выход коммутатора 16 знака соединен с выходом операционного усилителя 34 и со входом резистора 35, выход которого соединен с инвертирующим вхо 17756835 10 15 20 25 30 35 40 45 50 дом усилителя 34 и с выходом резистора 36, вход которого является вторь.м входом коммутатора 16 знака и соединен с входом резистора 37, выхоД которого подключен к неинвертирующему входу усилителя 34 и ко входу резистора 38, выход которого соединен с входом резистора 39 и входом ключа 40, выход которого соединен с выходом резистора 39 и подключен к общей точке. Вход управления ключа 40 является первым управляющим входом коммутатора 16 знака,На фиг, 5 вход триггера 22 соединен с входом синхронизации С 1 микросхемы 564 ТМ 2 (ТТ) ОСТ П 340.907.80, выход триггера 22 соединен с выходом 01 и входом 01 микросхемы ТТ, вход Р микросхемы ТТ подключен к общей точке, а вход Я 1 микросхемы ТТ через резистор Я соединен с общей точкой и одновременно через конденсатор С подключен к выходу источника пиания +Опит.Устройство работает следующим образом, В начальный момент времени 1 о при подаче питания триггеры 22 и 24 автоматически устанавливаются в нулевое положение. Одна из возможных схем реализации триггера 22 представлена на фиг. 5. В момент включения на вывод Е 1 через конденсатор С поступает напряжене питания +Опит, устанавливающее мк:;росхему ТТ в нулевое состояние, Время п,ействия потенциала+Опит, определяется параметрами й и С, После заряда конденсатора С потенциал +Опит. снимается с вывода К 1 и триггер 22 работает в режиме счетного триггера. В качестве микросхемы ТТ может быть использована микросхема серии 564 ТМ 2 ОСТ П 340.907-80. Триггер 24 выполнен аналогично триггеру 22.Формирователи 1 и 2 вырабатывают ИЗ ВХОДНЫХ СИГНаЛОВ Овх 1 И Овх 2 ПОСЛЕДО- вательности прямоугольных импульсов длительностью Т и период -т повторения 2 Т(Т - период входных сигналов). В качестве формирователей 1 и 2 могут быть использован ц усилители-формирователи, Выходные сигналы формирователей 1, 2 01 и 02 (см, фиг, 3) поступают на входы формирователей 3, 4 и на входы блока 5 управления. Последний вырабатывает два сигнала, получаемых логическим слежением (см. фиг;3, Оа) и логическим умножением (фиг. 3, Ов), Формирователи 3, 4 технически могут быть реализованы на основе одной иэ известных схем. Блок 5 управления технически может быть реализован согласно схеме, представленной на фиг. 4, а. Элемент ,1 ЛИ 27 осуществляет логическое сложение сигналов на входах блока 5 управления, а элемент И 28 - их логическое умножение, Триггер 7 управляется положительным перепадом Ов и отрицательным перепадом сигнала Ов. Длительность сигнала на выходе триггера 7 (фиг. 3, 07) равна Т и его начало синхронизировано с началом ранее появляющегося сигнала на выходах формирователей 1 или 2, При наличии импульса на выходе триггера 7 через элемент 8 совпадения от генератора 9 импульсов на счетчик 6 проходят импульсы с частотой Гоп. При изменении состояния триггера 7 счетчик 6 останавливается и сохраняет свое состояние до момента, пока Ов не обратится в нуль, При этом происходит сброс счетчика 6, Технически счетчик 6 может быть реализован, например, на микросхемах 564 ИЕ 10, 564 ИЕ 14 ОСТ П 340.907-80. Триггер 7 технически может быть реализован, согласно схеме фиг. 2, а. Формирователь 19 может быть реализован аналогично формирователям 3, 4, а формирователь 20 - на основе известной схемы.Формирователь 19 вырабатывает короткий импульс в момент положительного перепада входного сигнала Ов, а формирователь 20 - в момент отрицательного перепада входного сигнала Ов., Полученные импульсы через элемент ИЛЙ 21 поступают на вход триггера 22. Первый иэ двух поступивших импульсов переводит триггер 22 в единичное состояние, а второй - возвращает в исходное нулевое,Формирователи 3 и 4 вырабатывают короткие импульсц в моменты положительных перепадов сигналов 01 и 02, соответственно. Эти импульсы поступают на входы управления блока 11 знака. При изменении соотношения между моментами появления сигналов 01 и 02 изменяется состояние информационных выходов блока 11 знака, характеризующее знак разности фаэ входных сигналовустройства. Блок 11 знака технически может быть реализован согласно схеме фиг. 4, б. На вход блока 11 знака поступает сигнал Ов со второго выхода блока 5 управления, а на входы управления - сигналы Оэ, Оа (см, фиг. 3, Оз, Оа, Ов) Если Овх 1 одере- жает Овх 2 (как показано на фиг, 3), то на 8-входтриггера 31 через элемент И 30 будут проходить импульсы только с формирователя 4, Если Овх 2 будет опережать Овх 1, то на й-вход триггера 31 через элемент И 29 будут поступать импульсы только с формирователя 3. Таким образом, в зависимости от знака фазы входных сигналов триггер 31 в рассмотренных случаях будет выдавать сигнал с прямого или инверсного своего выхода.Одновременно импульсы с формирователей 3, 4 служат командой на введение вгде Овых - напряжение на выходе фазометра, К 2 - -- масштабный коэффициент12преобразователя 14, гп - число его разрядов.5Так как на входе усилителя имеет место соотношение 1+ Ь - О, то с учетом (1) и (2) получим:1001 в К 1 Овых Ю д Ой " йОтсюда15К 1 ЬОвых = 016 -К 2 Йт=-01 з -- =-ойк - , (3)К 1 тК 2 Т Т 20Так как величина зпропорциональна фазовому сдвигу у, а Т - пропорциональна 2 ж, то выражение (3) соответствует25Овых = - 01 В К- -2 ж Следовательно, устройство измеряет разность фаз и формирует аналоговый сигнал,пропорциональный ее величине и имеющийсоответствующий знак.Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемый фазометр проще потехнической реализации, так как исключаются дополнительные три сопротивления исумматор,Формула изобретенияИнфранизкочастотный фазометр, содержащий пять формирователей, блок управления, блок знака. последовательно соединенные триггер, элемент совпадения, счетчик, первый блок памяти и первый преобразователь цифра-аналог, а также генератор импульсов, выходом подсоединенный к второму входу элемента совпадения, источник напряжения, который через коммутатор знака соединен с упорным входом первого преобразователя цифра-аналог, второй блок памяти, усилитель и второй преобразователь цифра-аналог, опорный вход которого соединен с выходом усилителя, причем входы первого и второго формирователей ,являются входами фазометра. а их выходы соединены соответственно через третий и четвертый формирователи с входами управления блока знака и соответственно с входами управления первого блока памяти, кроме того выходы первого и второго формирователей соединены через блок управления с соответствующими входами триггера, первый выход блока управления соединен также с входом управления счетчика, а второй выход блока управления - с третьим входом блока знака и входом пятого формирователя, выход которого соединен одновременно с входами управления первого и второго преобразователей цифра-аналог.и с входом управления второго блока памяти, информационные входы которого соединены соответственно с выходами блока знака, а выход второго блока памяти - с управляющим входом коммутатора знака, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что. с целью упрощения устройства, в нем преобразователи цифра-аналог выполнены в виде преобразователей цифрового кода в ток, а их обьединенные выходы соединены с входом усилителя, выход которого является выходом фазометра, а все информационные выходы счетчика соединены с информационными входами второго преобразователя цифра-аналог.1775683 а) Составитель К.КолесниковТехред М.Моргентал Ко ор А,Козориз кт аказ 4032 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101