Фазочувствительный преобразователь напряжение-код

 

ФАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЕ-КОД, содержащий . измерительный частотный прео6разова тель, реверсивный счетчик импульсов и блок управления, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и увеличения чувствительности , в него введены постоянный запоминающий блок и цифровой сумматор, выходы которого соединены с входами реверсивного счетчика импульсов, причем выход измерительного частотного преобразователя соединен с входной клеммой запуска цифрового , информационные входы которого соединены с выходами постоянного запоминающего блока, а блок управления соединен своими выходами с цифровым сумматором и постоянным запоминаюпдам блоком . (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (Н) 3(51) Н 03 К 13 20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

QO ДЕЛАМ ИЗОБРЕ П=НИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3504632/18-21 (22) 25.10.82 (46) 30.03.84. Бюл. Ф 12 (72) И.М. Федоров (53) 621.317.77(088.8) (56) 1. Смеляков В.В., Гартатейн Б.Н., Шевченко А.В. Вероятная оценка интегральных характеристик периодического сигнала. — "Приборы и систеич управления", 1981, У 11, с. 18.

2. Авторское свидетельство СССР

У 409366, кл. Н ОЗ К 13/20, 1972. (54)(57) ФАЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЕ-КОД, содержащий,: измерительный частотный преобразователь, реверсивный счетчик импульсов и блок управления, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения конструкции и увеличения чувствительности, в него введены постоянный запоминающий блок и цифровой сумматор, выходы которого соединены с входами реверсивного счетчика импульсов, причем выход измерительного частотного преобразователя соединен с входной клеммой запуска цифрового суммгтора, информационные входы которого соединены с выходами постоянного запоминающего блока, а блок управления соединен своими выходами с цифровым сумматором и постоянным запоминающим блоком.

108336

Изобретение относится к электрическим измерениям в диапазонах нфранизких и звуковых частот, предназначено для преобразования в цифровой код составляющей переменного напряжения, синфазной первой гармонике опорного сигнала, и может быть использовано при экспериментальном определении амплитудно-фазовых частотных характеристик четырехполюсников, 1п при акустических измерениях, исследованиях в области систем автомати» ческого управления и регулирования, в геофизике, биофизике, океанологии и т.д. 15

Известен цифровой анализатор, в котором используется преобразование

Фурье для определения интегральных характеристик низкочастотных сигналов, в частности их квадратурных ком- 2О ,понент (1 $.

Недостатком указанного устройства является сложность его функциональных узлов.

Метрологические характеристики 25 анализатора приемлемы, если его умножитель оперирует с 50-разрядными двоичными числами. Построение подобного цифрового умножителя для экономи..:.юго полевого прибора трудно осуществить даже при использовании современной микроэлектронной базы. Усложняет устройство также и наличие в

его составе высокоточного аналогоцифрового преобразователя.

Известен фазочувствительный преобразователь напряжение - код, в котором осуществляется промежуточное превращение входного сигнала в частотно-модулированную импульсную после40 довательность, содержащий измерительный частотный преобразователь, реверсивный счетчик импульсов, блок управления, отсчетное устройство, делитель частоты, включенный между из45 мерительным частотным преобразователем и реверсивным счетчиком импульсов, блок управления, содержащий элемент ИЛИ, элементы совпадений и соединенные последовательно триггер- 50 яые ячейки, выходы которых соединены с элементами совпадений, причем один из входов каждого элемента совпаде4 ния соединен,с соответствующим выхо- . дом делителя частоты, а выходы эле- 55 ментов совпадения — с элементом ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика импуль1 з сов, вход управления последнего соединен с выходом последней триггерной ячейки узла управления.

Преобразователь вырабатывает цифровой код, пропорциональный скалярному произведению векторов входного напряжения и опорного сигнала. Вектор коммутации Р(Ы t устройствакусочно-постоянная нечетная функция времени.

С помощью данного преобразователя можно выбирать длительности интервалов постоянства R{Qt) и относительные величины ее "ступеней" для уничтожения паразитных полос пропускания системы на частотах заданных гармоник преобразуемого напряжения (23.

Однако известное устройство отличается сложностью и малой чувствительностью.усложняет устройство наличие в нем делителя частоты с переменным коэффициентом деления, который относительно различных выходов должен равняться 2, 8794; 1, 5321;

1, 1371 и 1,0000. При этом делитель частоты должен содержать наряду с собственно делителями еще и широкодиапазонные умножители частоты, что усложняет преобразователь в целом.

Малая чувствительность устройства проявляется при исключении из делителя частоты умножителей частоты. В этом случае коэффициенты пересчета делителя могут быть 9, 5 и 4. Система с подобным делителем частоты имеет чувствительность в 4 раза меньшую потенциальной чувствительности, определяемой крутизной модуляционной характеристики используемого в устройстве измерительного частотного преобразователя .

-Цель изобретения — упрощение конструкции и увеличение чувствитель-< ности

Поставленная, цель достигается тем, что в фазочувствительный преобразователь напряжение-код, содержащий измерительный частотный преобразователь, реверсивный счетчик импульсов и блок управления, введены посто янный запоминающий блок и цифровой сумматор, выходы которого соединены с входами реверсивного счетчика импульсов, причем выход измерительного частотного преобразователя соединен с входной клеммой запуска цифрового сумматора, информационные входы которого соединены с выходами постоянного запоминающего блока, а блок з 1083 управления соединен своими выходами с сумматором и постоянным запоминающим блоком.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2— временные диаграммы его работы.

Устройство содержит входную клемму 1 обрабатываемого сигнала, клемму

2 сброса, измерительный частотный преобразователь 3, постоянный запо- 10 минающий блок 4, блок 5 памяти с последовательной выборкой, регистр

6, цифровой сумматор ?, входную клемму 8 запуска цифрового сумматора, входную информационную клемму 9 сумматора,.входную управляющую клемму

10 сумматора, блок 11 управления, реверсивный счетчик 12 импульсов и выходную клемму 13;

Входная клемма 1 соединена с вхо дом измерительного частотного пре- образователя 3, выход которого соединен с клеммой 8 сумматора..Клемма

2 сброса соединена с входами сброса цифрового сумматора 7, реверсивного счетчика 12 и блока !1 управления.

Первый выход блока 11 управления соединен с входом блока 5 памяти . выход которого соединен с входом регистра 6, выходом соединенного с входной информационной клеммой 9 сумматора 7, Второй выход блока 11 соединен с входной управляющей клеммой fO сумматора. Выход переполнения сумматора 7 соединен с входом сумми-,. рования реверсивного счетчика 12, а выход заема — с входом вычитания.

Источник обрабатываемого напряже-: ния (не показан) через измерительный частотный преобразователь 3 соединен, с входом "Запуск" цифрового суммато40 ра 7, информационные клеммы 9 которого через регистр 6 подключены к блоку 5. Выходы сумматора 7 подсоединены к входам счетчика 12. Блок 11 управ- ления потенциалами Y и У> своих

45 выходов задает режимы работы блока 4 и сумматора 7.

Перед началом цикла преобразования (при 1=0) производится сброс счетчика 12 сумматора 7 и счетчиков 50 блока 11 в нулевое состояние. В это время на клемме 1 присутствует обрабатываемое напряжение U,„„==u si (Qe+Ч ), где 0 и Я вЂ” соответствейно амплиtfl туда и круговая частота, а Q — - сдвиг55 фазы этого напряжения относительно ,первой гармоники сигнала У< (фиг.2), вырабатываемого блоком 11. С помощью

361 4 преобразователя 3 входное напряжение by(<) пРеобразуется в последовательность импульсов с -частотой ю(Ч =(d>w 1 О„„Ып(ЯФ+Ч),. где соо и 1с — соответственно центральная частота и крутизна модуляционной характеристики измерительного частотного преобразователя (фиг.2).

На вход блока 5 памяти подводится сигнал управления „ (фиг.2). По каждому импульсу у йз блока 5 выво1 дится очередной операнд М. который

1 запоминается в регистре 6 на интервал времени, заканчивающийся с приходом следующего импульса, . Временная зависимость кода М (2Я ), подаваемого на информационные входы сумматора 7, иллюстрируется соответствующей эпюрой (фиг.2). На графике функции М(2Щ) символами М M и М

2 3 обозначены относительные величины ее

"ступенек". Фазовые углы о о и

У Я отвечают моментам скачков этой функции. Для одной из модификаций преобразователя М„=0,4450; М =0,8019;

М =1,0000 H k5 =5;ot> =5; о „=

=53! 14.

В качестве сумматора 7 используется Реверсивный цифровой сумматор накапливающего типа. По каждому импульсу, генерируемому преобразователем 3 и поступающему на вход "Запуск" сумматора 7, последний производит алгебраическое суммирование кода, присутствующего на его информационных входах, с собственным содержимым, накопленным к этому моменту времени.

Режимы работы сумматора 7 задаются потенциалом ((фиг.2) блока 11.

При Y2 = логическая "1" цифровой сумматор работает в режиме суммирования, а при У2 логический "0" — в режиме вычитания. Импульсы переполнения сумматора 7, возникающие на одном из его выходов при суммировании, подводятся к входу суммирования счетчика 12. Импульсы переполнения сумматора 7, работающего в режиме вычитания, поступают на аналогичный вход счетчика 12, с-выхода которого снимается код, пропорциональный искомой компоненте входного напряжения, синфазной первой гармонике управляющего потенциала . (или первой гармонике вектора коммутации Й(ЯЦ=М(2щ)/(у -у ) преобразователя, где Y2 — продукт

S 108336 инверсии сигнала Y2 . Эпюра R (+< I представлена на фиг.2.

Содержимое К(Я } счетчика 12 при 4 >О изменяется в соответствии с интегралом 5 к(ай= ®(a< p(g< z<, о

При оговоренных вьипе значениях И„ -И3

"ступеней" функции И(2ЯФ) и величинах 10 углов с/,;с(разложение в"ряд фурье . вектора коммутации имеет следующий вид:

R(Rt} 1,017(ЫпЯФ- — Sln 13 - -.- IS

1 1

13 15 кз ь 15Я + ...).

В этих условиях результат фазочувствительного преобразования первой гармоники входного сигнала

Я!а

N+N(gal/t=7N(Q= („,+ „„„

0,50S

i(Qt+Vj)s

gя® 25

Я в

Бысаие гармоники обрабатываемого напряжения с номерами 3-11, 17-25 и т;д., которые могут присутствовать в ЗО составе 08„(Щ}, не создают aorpem" ности преобразования, так как соот-, ветствующие спектральные компоненты ,и разложении дпя, Я(Я } равны нулю.

При сдвиге функции И(ЫФ) и потенциала 9 на время 7 /2 Я . в код йо преобразуется мнимая составляющая входного сигнала и =(0.,508/52. )%к

xU Sin 9

Таким образом, предлагаемая система осуществляет фазочувствительное преобразование переменного напряжения в цифровой код. Введение в ее состав запоминающего блока и цифрового сумма» тора позволяет упростить фаэочувствительный преобразователь и увеличить его чувствительность по сравнению с прототипом. Упрощение достигается заменой уникального, сложного и громоздкого нестандартного делителя частоты с переменным коэффициентом деления подходящим типовым цифровым сумматором из ряда ЦС, выпускаемых в виде

БИС. Запоминающее устройство реализуется, например, на нескольких корпу" сах мультиплексоров - переключателей

СИС и не усложняет систему s целом.

Указанные отличия позволяют увеличить чувствительность преобразователя, так как величину, например, ph (фиг.2) можно всегда положить равной единице и свободно задать требуеиюе значения -других "ступеней" функции И(2Я ) беэ учета ограничений, которые накладывает структура делителя частоты прототипа. Для модификации известного устройства, делитель частоты которого имеет. коэффициенты пересчета 9,5 и 4, величина И составляет лиаь 1/4, что приводит к уменьиинню его чувствительности в

4 раза по сравнению с предлагаемым устройством.

1083361

5» ()

e(zat)

Составитель В.Афанасьев

Редактор Т,Мермелштейн Техред И,Метелева Корректор 10.Макаренко

Заказ 1776/52 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 филиал ППП "Патент", r.ужгород, ул,Проектная, 4