Фазочувствительный преобразователь напряжение-код

 

АЗОЧУВСТВЙТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЕ - КОД содержащий счетчик импульсов, элемент И, . автогенератор, элемент задержки и измерительный частотный преобразователь , вход которого соединен с входной ишной фазочувствительного преобразователя , выход элел«ента И подключен к входу счетчика импульсов. о т л и ч а ющий с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности, в него введены Т - и RS-триггеры, элемент ИЛИ, инвертор, вход, которого подключен к установочному входу Т -триггера, к первому входу элемента задержки и к выходу измерительного частотного преобразователя , выход инвертора соединен с первым входом элемента ИЛИ и с S входом RS-триггера, R -вход которого соединен с выходом элемента задержки и вторым входом элемента ИЛИ, 4 выход RS-триггера подключен к управляющему входу счетчика импульсов, выход которого соединен с выходной g шиной фазочувствительного преобразователя , выход элемента ИЛИ подключен к с --входу Т-триггера, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом автоге ератора, а второй вход элемента задержки подключен к шине Опорного сигнала фазочувствительного преобразователя . 4 to М sl

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) Н 03 K 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО ДелАм изОБРетений и ОткРьпъз4 (21) 3410410/18-21 (22) 23 ° 03.82 (46)) l5.09.83. Бюл. М. 34 (72) И.М. Федоров (53) 621. 317. 7 (088. 8) (56) 1. Федоров И.М. Аппаратура для фазочувствительных измерений в методе вызванной поляризации. Сб. Методы изучения горных пород переменным током . Свердловск, Институт геофизики УНЦ AH СССР, 1974, с. 7580.

2. Авторское свидетельство СССР. по заявке Ю 2997592/18-21, кл. Н 03 К 13/20, .27.05.81 (прототип) . (54)(57) ЪАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРА-.

ЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИŠ— КОД, содержаций счетчик импульсов, элемент И, автогенератор, элемент задержки и измерительный частотный преобразователь, вход которого соединен с вход-. ной шиной фазочувствительного преобразователя, выход элемента И под- ключен к входу счетчика импульсов, „„SU„„1042177 А о т л и ч а ю ц и.й с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности, в него введены Т вЂ” и

R5-триггеры, элемент ИЛИ, инвертор, вход, которого подключен к установочному входу Т -триггера, к первому входу элемента задержки и к выходу измерительного частотного преобразователя, выход.инвертора соединен с первым входом элемента ИЛИ и с Sвходом R5 -триггера, Р -вход которого соединен с выходом элемента задержки и вторыМ входом элемента ИЛИ, а выход RS-триггера подключен к управляющему входу счетчика импульсов выход которого соединен с выходной шиной фаэочувствительного преобразо- g вателя, выход элемента ИЛИ подключен:к с -входу т -триггера, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом автогенератора, а второй вход элемента задержки подключен к шине опорного сигнала фазочувствнтельного преобразователя.

1042177

Изобретение относится к электрическим измерениям в диапазонах инфраниэких и звуковых частот, может быть использовано.при экспериментальном определении амплитудно-фазовых частотных характеристик четырехполюсников, при акустических измерениях, исследованиях в области систем автоматического управления и регулирования, в геофизике, биофизике. 10

Известен фаэочувствительный преобразователь, содержащий измерительный частотный преобразователь, авто генератор, элемент И, счетчик импульсов. Преобразователь. осуществляет преобразование мгновенного значения фазы входного сигнала посредством пропорционального приращения частоты импульсной последовательности. Характеристики получаемого при этом потока импульсов находят путем подсчета по определенному алгоритму числа импульсов за фиксированный интервал времени с помощью суммирующего счетчика импульсов или реверсивного счетчика, управляемого опорным си гн ал ом (1 ).

Однако преобразователь имеет малую чувствительность. Результат обработки входного сигнала 0 Sin(Qt-Ó}, где 0„, — его амплитудное значение, 30

Я и Р— соответственно. круговая частота и сдвиг фаз относительно опорного напряжения, представляется следующим выражением: (2

/Ч= нС . созII );

ТЯ

/ где. ы,„=,„0„, и 1, — крутизна модуляционной характеристики ИЧП.

Пусть сз =10 с ", Я = 1 с " и Ч=О, 40 тогда Й = 6.

Известен также фазочувствительный преобразователь напряжение — код, содержащий измерительный частотный преобразователь, вход которого сое- 45 динен с входной шиной устройства, элемент И, счетчик импульсов, автогенератор и устройство задержки импульсов Q2).

Преобразователь имеет неудовлетворительную чувствительность и точность при обработке малых низкочастотных напряжений. Результат преобразования в данном случае

s T м, N=ent cos<8 55 г тг о где и о — центральная частота ИЧП;

Т - периОд импульсной последова тельности, формируемой автогенератором. 60

При со б-10 4с — ", Т =10 " с и численных эйачениях других параметров, укаэанных выше, получаем 8 = 7. Погрешность, например, за счет дискретности считывания информации дости- 65 гает величины 1 H 14%. Подобные метрологические характеристики устройства почти всегда не приемлемы.

Цель изобретения - повышение чувствительности н точности преобразователя, Поставленная цель достигается тем, что в фазочувствительный преобразователь напряжение — код, содержащий счетчик импульсов, элемент

И, автогенератор, элемент задержки и измерительный частотный преобразователь, вход которого соединен с входной шиной фазочувствительного преобразователя, выход элемента И подключен к входу счетчика импульсов, введены Т- и RS -триггеры, элемент ИЛИ, инвертор, вход . которого подключен к устансвочному входу Т" триггера, к первому входу элемента задержки и к выходу измерительного частотного преобразователя, выход инвертора соединен с первым входом элемента ИЛИ и с б -входом RS-триг-. гера, R -вход которого соединен с выходом элемента задержки н вторым входом элемента ИЛИ, а выход gs-триггера .подключен к управляющему входу счетчика импульсов, выход которого соединен с выходной шиной фазочувствительного преобразователя, выход элемента ИЛИ подключен к С-входу Ттриггера, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с выходом автогенератора, а второй вход элемента задержки подключен к шине опорного сигнала фаэочувствительного преобразователя.

На фиг.1 приведена блок-схема преобразователя; на фиг.2 - эпюры входного и опорного сигналов и эпюры выходного сигнала измерительного частотного преобразователя; на фиг.3 временные диаграммы работы преобразователя.

В состав преобразователя входят измерительный частотный преобразователь 1, инвертор 2, элемент Э задержки, автогенератор 4, R5 -триггер

5, элемент б И, элемент 7 ИЛИ, счетчик 8 импульсов, T-триггер 9, входная шина 10, входная шина 11 опорного сигнала, выходная шина 12 устройства.

На фиг. 2, 3 обозначены выходной сигнал 13 измерительного частотного преобразователя 1, выходной сигнал

14 инвертора 2, выходной сигнал 15 элемента 3 задержки, выходной сигнал 1б Rs -триггера, выходной сигнал 17 элемента 7 ИЛИ, выходной сигнал 18 Т-триггера 9, выходной сигнал 19 элемента б И, выходной сигнал

20 преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом.

1042177

В исходном состоянии на входную шину 10 поступает обрабатываемое . напряжение 0 () зю(ЯС -а(), на входную шину 11 подводится опорный сигнал, например О „=sign sfn Qt (фиг. 2),, Измерительный частотный преобразо-. 5 ватель 1.превращает напряжение (Х,д .в модулированную последовательность. . импульсов с частотойЫЯФМо+,Я„ 4фйМ

Временная зависимость с (ЯН приведе- на на эпюре 13 (фиг.2) .. 10

Выходной сигнал (t) измерителЬного частотного преобразователя 1 : описывается следующей формулой:

На эпюре 13- 1 (фиг. 3) изображена 20 последовательность импульсов, формируемая из напряжения 8(t) . Моменты появления импульсов соответствуют . условиям, например f(t) = 0 и dK/дФз0

Сигнал 6(t) подвопится к чстоойству 25 временной задержки З,на выходе кото.— рого появляется напряжение

Ет()»- зим юо(- )- — соз(Я(t " c)-Ч)

: 30 где (У/сто - < ) — время задержки, причем величина С пропорциональна ,мгновенному значению опорного сигна ла О„. и Я, ы„„ас " о °

Если U„ имеет вид меандра (эпюра О« на фиг.2), то принимает два значения . и Г, равные по абсолютной величине (фиг.З) . На эпюре 15

: (фиг.3) представлена импульсная пос. ледовательность, получаемая из сиг- 40

:нала Я (t) . Моменты появления им пульсов в данном случае отвечают условиям 6 (+) =0 и дб(+)/ЗФ(0 . При =0 последовательности импульсов на выходах инвертора 2 (эпюра 14 на : 45 фиг.З) и устройства временной эадФрж. ки 3 (эпюра 15 на фиг.3) совпадают.

RS -триггер 5 управляется по Rи 5-входам выходными импульсными последовательностями инвертора 2 и элемента 3 задержки. Временная зависимость потенциала на его выходе (эпюре 16 иа фиг.З) показывает, что при U«> О и, следовательно,1 = ь+ )6 этот потенциал равен нулю в интервалах времени, .соответствующих времени задержки ь+ каждого выходного.ймпульса измерительного частотного преобразователя }. Если U«<0 и С =ь 0, то выходной потенцйал kSтриггера 5 в указанных интервалах 60 времени принимает единичное значение.

85-триггер 5 управляет режимом работы счетчика 6 (суммирование иди вычитание), так что при teГ+ и ну- 65 левом выходном потенциале R5 -триггера 5 этот счетчик работает в режиме суммирования. Если tе, то аодержимое счетчика уменьшается на единицу при поступлении на его счетный вход каждого очередного импульса.

Импульсные последовательности инвертора 2 и элемента. 3 задержки объединяются элементом 7 ИЛИ (эпюра

17 3) и подводятся к С-входу

Т-триггера 9. Выходное напряжение

Т-триггера 9 (эпюра 18 на фиг.3) отлично от нуля в течение всех интервалов времени С и Г . Цепь фазировки (выход 13 -R -вход Т-триггера 9) используется для устранения фазовой неоднозначности выходного сигнала Т-триггера 9.

Элемент 6 И управляется выходным сигналом Т-триггера 9. На его второй вход поступает высокочастотная последовательность. импульсов с периодом Т, вырабатываемая автогенератором 4. На выходе элемента 6 И появляются пачки импульсов (эпюра

19 на фиг.3), каждая из которых. состоит из ь/Т импульсов. Эти. пачки подводятся к входу счетчика 8, режимы работы которого задаются выходным напряжением RS-триггера 5. Содержимое N счетчика 8 {эпюра 20 на фиг.З) монотонно увеличивается при

0«)0 и убывает при V«C О.

Средняя частоты ж р (t ) выходной импульсной последовательности ячейки элемента 6 И

u) Я*Оо(6)/Т=М Цош(6)/Т, где ® — коэффициент передачи устройства временной задержки по входу управления.

Количество импульсов И, накопленное счетчиком 8 за один период входного сигнала равно

2У

2Л ср о

Если () оsfgn sin Я6 ю то H

Кф »,к V созМ}(Т ЯТ.

Таким образом, результат преобразования пропорционален искомой реальной компоненте О ооэ Ч входного, напряжения. Пусть, например,R

=10 + с/В, Й,„Ч„=10 с=", Я е 1 с-4

Т 10 с, Ч= О тогда 8 =. 1273 ° При

1„,=10 1/с В вычисленному эначениюй

6 соответствует амплитудное значение преобразуемого сигнала U ъ 16 В.

Погрешность эа счет. квантования в данном случае мала: i/É» 0,1%.

Таким образом, предлагаемая модификация низкочастотного фазочувствительного преобразователя напряжение — код может использоваться для

1042177

ВНИИПИ Заказ 7147/57 Тираж 936 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 обработки сигналов микровольтового уровня. устройство — прототип имеет приемлеьвюе метрологические характеристики, если входное напряжение превосходит несколько милливольт. Поэтому предлагаемое устройство имеет в сравнении с известными более высокую чувствительность. Точность преобразователя увеличивается, в частности, из-за уменьшения погрешности квантования.