Следящий фазометр

 

СЛЕДЯЩИЙ ФАЗОМЕТР, содержа-f ищи в каждом канале усилитель-ограничитель , два формирователя импульсов , инвертор, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителй и входом первого Формирователя импульсов, счетный триггер, вход которого соединен с выходом усилителяограничителя 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 входы первого и второго элементов И соединены соответственно с прямым и инверсным выходами счетного триггера, нормализатор, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, фильтр, вход которого соединен с выходом нормализатора, аналого-цифровой преобразователь, вход которого .соединен с выходом фильтра, индикатор , входы которого соединены с выходами аналого-цифрового преобразователя, отличающийся тем, что, . , с целью обеспечения постоянной разрешающей способности и однозначности результатов измерения, в него введены реверсивный счетчик, выходы которого соединены с входами индикаторного устройства, два компаратора, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверс ивного счетчика, дифференциатор , вход которого соединен с выходом фильтра, а выход дифферен .циатора Соединен с инвертирующим входом первого компаратора и неинвертирующим входом второго компаратора, неинвентирующий вход первого и инвертирующий вход второго компараторов соединены соответственно с положительным и отрицательным источниками опорного напряжения, три дополнительных триггера, выходы первого и второго дополнительных триггеров соединены соответственно с вторыми входами первого и второго элементов И, первый элемент задержки, . вход которого соединен с выходом т усилителя-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 Г выход второго формирователя импульсов соединен с входом установки в 00 единицу второго дополнительного триг00 гера, первый дополнительный формирователь импульсов, вход которого эо эо соединен с выходом первого элемента задержки, второй дополнительный формирователь импульсов, вход которого :л соединен с выходом второго элемен: та задержки, а выход второго дополнительного формирователя импульсов соединен с входом установки в единицу первого дополнительного триггера, три инвертора, четыре элемента И-НЕ, выход первого элемента И-НЕ соединен с входом установки в единицу третьего дополнительного триггера, выход второго элемента И-НЕ - с входом установки в нуль третьего дополнительного триггера, выход третьего элемента И-НЕ соединен с входом установка в нуль первого дополнитель

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

$(SO G 01 R 25 00

ФО

;ъ;ю л.„

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ .с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2915994/18-21 (22) 29.04.80 (46) 30.08.83. Бюл. Р 32 (7 2) В.И.Гупалов (71) Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им.М.И.Калинина (53) б 21. 317. 77 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 410330, кл. G 01 R 25/00, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 842623, кл. G 01 R 25/00, 1978. (54)(57) СЛЕДЯЩИЙ ФАЗОМЕТР, содержа-1 щий в каждом канале усилитель-ограничитель, два формирователя импульсов, инвертор, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителй и входом первого формирователя импульсов, счетный триггер, вход которого соединен с выходом усилителяограничителя 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 входы первого и второго элементов И соединены соответственно с прямым и инверсным выходами счетного триггера, нормализатор,. вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, фильтр, вход которого соединен с выходом нормализатора, аналого-цифровой преобразователь, вход которого ,соединен с выходом фильтра, индикатор,входы которого соединены с выходами аналого-цифрового преобразователя, отличающийся тем, что, с целью обеспечения постоянной разрешающей способности и однозначности результатов измерения, в него введены реверсивный счетчик, выходы которого соединены с входами индикаторного устройства, два компаратора, выходы которых соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, дифференциатор, вход которого соединен с выходом фильтра, а выход дифференциатора соединен с инвертирующим входом первого компаратора и неинвертирующим входом второго компаратора, неинвентирующий вход первого и инвертирующий.вход второго компараторов соединены соответственно 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 выходом Я усилителя-ограничителя опорного канала, второй элемент задержки, вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, третий элемент за- С держки, 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 триггера, первый дополнительный формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, второй дополнительный фор-; мирователь импульсов, вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, а выход второго дополнительного формирователя импульсов соединен с входом установки в едини-. цу первого дополнительного триггера, три инвертора, четыре элемента И-НЕ, ф выход первого элемента И-НЕ.соединен с входом установки в единицу третьего дополнительного триггера, выход второго элемента И-НŠ— с входом установки в нуль третьего дополнительного триггера, выход третьего эле- мента И-НЕ соединен с входом установк@ в нуль первого дополнитель1038885 ного триггера, а выход четвертого элемента И-НŠ— с входом установки в нуль второго дополнительногO триггера, при этом выход третьего дополнительного триггера соединен с пер. выми входами третьего и четвертого элементов И-НЕ, вторые входы первого, второго и третьего элементов

И-НЕ через инвертор соединены с выходом первого формирователя импульсов измерительного канала, первый

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения угловых и линейных перемещений с помощью фазовых датчиков, например, поворотных или 5 линейных индуктосинов, вращающихся трансформаторов и т.п. Диапазон измерения фазометра <» 2Й 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 основных, и -1 допол- 15 нительных триггеров, причем один из выходов и -1-ro дополнительного триггера связан со счетным входом 1 -го основного триггера, другой выход со счетным входом П -го дополнительного триггера, счетный 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 (Ф =

1, 2, 3 ...1 (1J .

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 помех ° 35

Наиболее. 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 соединен с выходом первого формирователя импульсов опорного канала, первый вход второго элемента И-НЕ через инвертор соединен с выходом первого дополнительного формирователя импульсов, а второй вход четвертого элемента И-НЕ через инвертор соединен .с выходом -второго формирователя импульсов . измерительного канала.

1 тоты, 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 каналов L 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 выхо1038885 дами элементов И, причем первые входы первого и второго элементов И сое динены соответственно с пряьым и инверсным выходами счетного триггера, нормализатор, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, фильтр, вход которого соединен с выходом нормализатора, аналого-цифровой преобразователь, Вход которого соединен с выходом фильтра, индикатор, входы которого, соединены с выходами аналого-,10 цифрового преобразователя, дополнительно введены реверсивный счетчик, выходы которого соединены с входами индикаторного устройства, два компаратора, выходы которых соединены. соответственно с суммирующим и вычи-. тающим входами реверсивного счетчика, дифференциатор, вход которого соединен с выходом фильтра, а выход дифференциатора соединен с инвертирующим входом первого компаратора, и неинвертирующнм входом второго ком. паратора, неинвертирующий вход и инвертирующий вход второго компара-. торов соединены соответственно с положительным и отрицательным источниками опорного напряжения, три дополнительных триггера, выходы первого и второго дополнительных триггеров соединены соответственно с вторыми входами первого и второго элементов 30

И, первый элемент задержки, вход которого соединен с выходом усилителяограничителя опорного. канала, второй элемент задержки, вход которого .соецинен с выходом первого элемента задерж- 35 ки, 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 триггера, первый дополнительный формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом первого элемента задержки., второй 45 дополнительный формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, а выход второго дополнительного формирователя импульсов соединен со входом 50 становки в единицу первого дополнительного триггера, три инвертора, четыре элемента И-НЕ, выход первого элемента И-HE соединен с входом установки в единицу третьего дополни- 55 тельного триггера, выход второго элемента И.-НŠ— с входом установки в нуль третьего дополнительного триггера, выход третьего элемента И-НЕ соединен со входом установки в нуль первого дополнительного триггера, а выход четвертого элемента И-НЕ - с входом установки в нуль второго дополнительного триггера, при этом выход третьего дополнительного триг-., гера соединен с первыми входами тре- 65 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.4гистерезис характеристики в точке устройство 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 ij 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, элементами 25 и 26 задержки и первым входом элемента И-НЕ 27, второй вход которого соединен с инвертором 9-3, вторым входом элемента И-HE 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

9-3 и формирователем 6, соединенным с инвертором 9"4, который своим выходом соединен с первым входом эле.мента .И-НЕ 30, второй вход которого подсоединен к выходу триггера 23 и первому входу элемента И-HE .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 с выходом триггера 22, 5 -вход

1038885 которого через формирователь 4 соеди нен с элементом 26 задержки, а Й

-вход — с выходом элемента 30, выходы элементов 11.-1 и 11-2 соединены с элементом ИЛИ 12, соединенного через нормализатор 13, фильтр 14 и АЦП 15 — 5 с индикатором 16, второй вход кото рого соединен с выходом реверсивного счетчика 17, первый вход которого соединен с Выходом компаратора 18, а второй — с выходом компаратора 19, входы которых объединены и соединены с дифференциатором 20, вход которого соединен с фильтром 14 и АЦП 15.

Фазометр работает следующим образомо 15

Усилитель-ограничитель 1 опорного канала и усилитель-.ограничитель 2 измерительного канала формируют импульсы, фронты которых совпадают с моментами перехода, гармоническим сигналом через нулевой уровень (фиг.2а и т) . Формирователи 3-8 импульсов формируют по переднему фронту короткие импульсы.

Длительность коротких импульсов формирователей 4,5,6 и 8 ныбира- ?5 ется минимальной, но достаточной для обеспечения четкой работы триггеров по установочным входам. Формирователи 3 и 7 вырабатывают импульсы симметричные относительно $Q импульсов на выходе формирователя 8 (фиг.2 в,c, и ) . Длительность импульсон í" выходе формирователя 7 (фиг.2с равна удвоенному времени задержки элемента 25 (ь = 21 СП, g5) .Длитель-35 ность импульсов на выходе формирователя 3 (фиг.2Ь) равна удвоенному суммарному времени задержки элементов 24 и 25($ »(t æä,g +1 ад.>s)- Время задержки элемента 26 равно сумме вре-4О мени задержки элементов 24 и 25 (ЬаА fg- 3Q*ëà + 30K.25)

Импульс с выхода формирователя 8 (фиг.2Д ), соответствующий началу положительной полуволны опорного сиг. нала, устанавливает триггер 21 в еди-4 ницу.Аналогично импульс с выхода формиронателя 5 (фиг.2 ), соответствую щий началу положительной полувояны исследуемого сигнала, проходит через схему управления гистерезисом и устанавливает триггер 21 в нуль. Импульс с выхода формирователя 4 (фиг.2е), соответствующий началу отрицательной полуволны опорного сигнала устанавливает триггер 22 в еди- . Щ ницу, а импульс с выхода формирова теля б (фиг. 2 4), соответствующий началу отрицательной полуволны исследуемого сигнала, проходит через элемент 30 и устанавливает триггер 22 щ в нуль. На выходе триггеров 21 и 22 формируются импульсы, длительность которых пропорциональна фазоному сдвигу в пределах одного цикла ° Сигналы, снимаемые с выходов счетного триггера 10, коммутируют сигналы с триггеров 21 и 22.

На выход элемента 12 ИЛИ один период исходной частоты подключается сигнал с одной полупериодной схе. мы, а но второй период †с другой однополупериодной схемы.

Так осуществляется днухполупериодное измерение фазового сдвига.

Далее широтномодулированный сигнал нормализуется по амплитуде нормали- затором 13 и сглажинается фильтром 14.

Зависимость напряжения на выходе фильтра 14 (фиг.3) от фазового сдвига имеет циклический характер, а также имеет скачки напряжения в точках 2.1 К . В отсутствии гистерезиса зависимости в точках 2н К. наблюдается неустойчивое состояние, обуслов- ленное неопределенностью состояния триггеров при одновременном воздействии на установочные входы, а также дрожанием исследуемого сигнала при наличии помехи. Гистерезис характеристики в точках 2i K. осуществляется следующим образом. Если"хотя бы один из импульсов с выхода формирователя 5 (фиг.2 ) войдет в зону импульса, образованного формирователем 7 (фиг.2с), то он пройдет на ныход элемента 28 И-НЕ и установит триггер 23 в нуль . При этом осуществляется запрет на прохождение импульсов через элементы 29 и 30, а триггеры 21 и 22 будут находиться в состоянии единица. Если импульс с выхода формирователя 5 (фиг.2g)найдет за пределы импульса с выхода формирователя 3 (фиг.2 й), 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 входы триггеров 21 и 22. Длительность им- . (пульсов на выходе формирователя 7 должна быть не менее удвоенной длительности импульсов формирователя 8.

Длительность импульсов на выходе формирователя 3 определяется с учетом соотношения сигнал — помеха, причем зона дрожания сигнала должна быть меньше, чем расстояние между началами импульсов на выходах формиронателей. 3 и 7, равное1 ярд, . Направление входа и выхода при гистерезисе изображены стрелками на фиг.4.

По структуре следящий фазометр является двухшкальным устройством.

Одна шкала используется для измерения сдвига фазы в пределах 0-360, а вторая - для подсчета циклических сдвигов, кратных 360 . Следящая часть устройства основана на том, что зависимость напряжения на ныходе,фильтра от сдвига фазы имеет скачок B точках 2Ъ k .

1038885

Переходный процесс в фильтре 14 при скачке напряжения идентичен реакции фильтра на единичный скачок и определяется только свойствами фильтра. При переходе через точка7ЯК в сторону увеличения фазового сдвига происходит скачок Чш 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 значение лишь в моменты

"скачка" напряжения на выходе фильтра 14, а при других, более медленных. изменениях амплитуда сигна.ла 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 раэрешаюJ шую способность, не зависящую от диапазона измерения, обладает однозначно определенным результатом измерения, диапазон следящего измерения сдвига Фазы не зависит от частоты несущей и определяется только емкостью реверсивного счетчика, об10 ладает более высокой достоверностью, обусловленной отсутствием сбоев дели. телей частоты, обладает воэможностью предустановки рабочего цикла по хранящемуся предыдущему значению цикла,(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 линейного индуктосина. Использование следящего

Фазометра позволит снизить процент бракованных деталей, а также повысить качество деталей за счет более точного измерения размеров.1038885

Фиг.2

Фиг. 3 фиг. Ф

Составитель В.Афанасьев

Техред И. Гайду Корректор Г.Решетник

Редактор В,Пилипенко

Тираж 710 Подп ис но е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ б224/52

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4