Цифровой фазометр

 

Изобретение может быть использовано для измерения фазовых сдвигов, превышающих 360°. Целью изобретения является уменьшение погрешности динамических измерений фазового сдвига. Для зтого в цифровой фазометр дополнительно введены: четырехвходовый сумматор 11, динамический регистр 16 сдвига и два преобразователя кода 14 и 15. Кроме того, фазометр содержит формирователи 1 и 2, входы 3 и 4, блок 5 определения числа циклов, реверсивный счетчик 7 импульсов, управляемый генератор 7 тактовых импульсов , счетчик 8 импульсов, регистры 9 и 12, линию 10 задержки, цифровой индикатор 13, заземленную шину 17, шину 18 логической единицы,блок 19 установки нуля, блок 20 управления с входом 21 и выходами 22, 23 и 24. Предложенный фазометр позволяет определить усредненные значения полных фазовых сдвигов по результатам измерений мгновенных фазовых сдвигов, предшествующих текущему значению. Время измерения , , где f - частота входных сигналов. 2 ил. в сл со 4 оо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

8 ";. l

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4Ъ:,р (21) 4032773/24-21 (22) 04.03.86 (46) 30.10.87. Бюл. HI 40 (7 1) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) С.МеМаевский, Ю.В.Куц и О.К.негребецкая (53) 621.317.77 (088.8) (56) Патент США 11Р 3512085, кл. С 01 R 25/00, 1970.

Авторское свидетельство СССР

У 1128187, кл. С 01 R 25/00, 1983. (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР (57) Изобретение может быть использовано для измерения фазовых сдвигов, превышающих 360 . Целью изобретения является уменьшение погрешности динамических измерений фазового сдвига.

Для этого в цифровой фаэометр допол„„SU„„134 744 А1 (д1) 4 G 01 R 24/00 нительно введены: четырехвходовый сумматор 11, динамический регистр 16 сдвига и два преобразователя кода 14 и 15. Кроме того, фазометр содержит формирователи 1 и 2, входы 3 и 4, блок 5 определения числа циклов, реверсивный счетчик 7 импульсов, управляемый генератор 7 тактовых импульсов, счетчик 8 импульсов, регистры 9 и 12, линию 10 задержки, цифровой индикатор 13, заземленную шину

17, шину 18 логической единицы, блок

19 установки нуля, блок 20 управления с входом 21 и выходами 22, 23 и

24. Предложенный фаэометр позволяет определить усредненные значения полных фазовых сдвигов по результатам измерений мгновенных фвзоных сдвигов, (/) предшествующих текущему значению.

Время измерения Т„,„ =1/Г „, где f — С частота входных сигналов. 2 ил.

1348744

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано для измерения фазовых

0 сдвигов, превышающих 360

Целью изобретения является уменьшение погрешности динамических измерений фазового сдвига.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого цифрового фаэометра, на фиг. 2 — структурная схема блока управления.

Структурная схема цифрового фаэометра (фиг. 1) содержит первый и второй формирователи 1 и 2, входы которых являются входами 3 и 4 фазометра, блок 5 определения числа циклов, входы которого соединены с выходами формирователей 1 и 2, реверсивный счетчик 6 импульсов, входы которого соединены с выходами блока 5 определения числа циклов, управляемый генератор 7 тактовых импульсов, вход которого подключен к выходу формирователя 1, а выход — к синхровходу блока 5 определения числа циклов и счетному входу счетчика 8 импульсов, вход установки нуля которого соединен с выходом формирователя 1, первый регистр 9, входы m младших разрядов которого подключены к выходам счетчика

8 импульсов, а входы и старших разрядов — к выходам реверсивного счетчика

6 импульсов, вход записи в младшие разряды регистра 9 подключен к выходу формирователя 2 непосредственно, а вход записи в старшие раэряды— к выхс уу формирователя 2 через линию

10 задержки, (m+n+k)-разрядный четырехвходовой сумматор 1.1, выходы которого через второй регистр 12 подключены (m+n+k) старшими разрядами к цифровому индикатору 13, кроме того, выходы второго регистра 12 (m+

+n+k)-разрядами соединены с первой группой входов сумматора 11 непосредственно, а с второй группой входов— через преобразователь 14 кода, третья группа входов сумматора 11 младшими (ш+п) разрядами подключена к выходам первого регистра 9, а соединенными параллельно старшими k-разрядами †.к старшему (m+n)-му выходу первого регистра 9, четвертая группа входов сумматора 11 подключена младшими (ш+

+n) разрядами через соединенные последовательно преобразователь 15 кода и динамический регистр 16 сдвига к соответствующим выходам первого

40 регистра У, а старшими k-разрядами— к выходу старшего (m+n)-Ро разряда преобразователя 15 кода, при этом первый и третий входы переносов сумматора 11 соединены с заземленной шиной 17,а второй и четвертый входы— с шиной 18 логической "1", блок 19 установки нуля, выход которого подключен к входам установки нуля реверсивного счетчика 6 импульсов и первого и второго регистров 9 и 12, блок 20 управления, вход 21 которого подключен к выходу линии 10 задержки, а три выхода блока 20 управления подключены соответственно: первый выход 22 — к входу записи второго ре. гистра 12, второй выход 23 — к входу разрешения преобразователя 14 кода, а третий выход 24 — к входу записидинамического регистра 16 сдвига.

Структурная схема блока 20 управления (фиг. 2) содержит последовательно соединенные управляемый генератор 25, вход которого является входом 21 блока 20 управления, делитель

26 частоты с переменным коэффициентом деления, и две линии 27 и 28 задержки, выходы которых соединены соответственно с выходами 24 и 22 блока

20 управления, формирователь 29,вход которого подключен через переключатель 30 к заземленной шине 17, триггер 31, информационный вход которого соединен с заземленной шиной 17, вход установки единицы триггера 31 с выходом линии 28 задержки, а синхровход — с выходом формирователя 29, выход триггера 31 подключен к выходу

23 блока 20 управления.

Цифровой фазометр позволяет получать в каждом -ом периоде входного сигнала мгновенные значения количества целых фазовых циклов N; и доли целого цикла ьИ;, содержащиеся в измеряемом фазовом сдвиге, усреднять мгновенные значения полных фазовых сдвигов N = N + ь N полученные за 2 периодов входного сигнала,где

1, 2, 3,. ° °, непосредственно предшествующих i-ому периоду сигнала, и выполнять коррекцию результата измерения с учетом начального фазового сдвига М, полученного при установке нуля. Результат измерения полного фазового сдвига Ф определяется в соответствии с выражением

1348744

6 где — — дискрет измерения фазового

2 сдвига, определенный разрядностью счетчика 8, причем И = 0 для

1-2" всех i 2

В цифровом фаэометре очередное усредненное скорректированное значение полного фазового сдвига определяется в каждом периоде входного сигнала. В прототипе каждое новое значение полного фазового сдвига опк ределяется через 2 периодов входного сигнала ° Таким образом, время измерения в предлагаемом устройстве значительно уменьшено по сравнению с прототипом при сохранении высокой точности измерения, достигаемой за к счет усреднения 2 мгновенных значений полных фазовых сдвигов, а также эа счет корректировки результата измерения с учетом начального фазового сдвига.

Цифровой фаэометр работает следующим образом.

До начала измерений блоком 19 установки нуля производится установка в нулевое состояние реверсивного счетчика 6 импульсов и регистров 9 и 12.

Кроме того, код нуля с выхода регистра 9 переписывается в динамический регистр 16 сдвига при подаче на вход з записи последних импульсов с выхода

24 блока 21 управления. Исследуемые гармонические сигналы, фазовый сдвиг между которыми подлежит измерению, поступают с входов 3 и 4 цифрового 40 фазометра на формирователи 1 и 2, которые в моменты времени, соответствующие нуль-переходам входных сигналов, формируют короткие импульсы.

При изменении фазового сдвига между 4 входными сигналами более, чем на о

+360 на соответствующем выходе блока 5 определения числа циклов формируется импульс, который изменяет выходной код реверсивного счетчика 6О

6 импульсов на +1. Текущие значения

N;, представленные п-разрядными двоичными кодами, с выхода реверсивного счетчика Ь переписываются в старшие (m+n) разряды регистра 9 импульсом с выхода формирователя 2, задержанным линией 10 задержки на время срабатывания блока 5 определения числа циклов и реверсивного счетчика 6.

Определение текущего значения доли фазового цикла йИ осуществляется в

m-разрядном двоичном счетчике 8 при поступлении на его вход последовательности импульсов с управляемого

m генератора 7 частотой f=2 . r „ (где частота входных сигналов). Счетчик 8 импульсов устанавливается в ноль импульсами с выхода формирователя 1. При поступлении на вход записи в младшие разряды регистра 9 сигналов с выхода формирователя 2, m-разрядный двоичный код с выхода счетчика 8 импульсов, соответствующий в зти моменты времени текущему значению доли фазового цикла ьN

1 записывается в младшие разряды регистра 9. Полученные на выходе регистра 9 коды полных фазовых сдвигов M поступают далее для выполнения арифметических операций,предусмотренных формулой (1), на накапливающий сумматор, образованный собственно четырехвходовым сумматором 11 и регистром 12.

Усредненное значение полного фазового сдвига определяется следующим образом. Текущие мгновенные значения

M поступают на третью группу входов четырехвходового сумматора 11 для сложения с полученной в предыдущем такте суммой, поступающей на первую группу входов сумматора 11 с выходов регистра 12. Одновременно на четвертую группу входов сумматора 11 приходят коды мгновенных значений полных фазовых сдвигов задержанных диЭ к намическим регистром 16 сдвига на 2 тактов, т.е. коды !!, (прием и сдвиг информации в регистре 16 осуществляется одной и той же последовательностью импульсов, поступающей на вход записи с выхода 24 блока 20 управления). При этом преобразователь 15 кода осуществляет преобразование входного числа М „ „„ в -М к и представление последнего в инверсном коде, а с учетом логической "1" на входе переноса четвертого слагаемого сумматора 11 обеспечивается представление -М; к дополнительным кодом. Таким образом, в каждом следующем, например i+1 такте измерения, к полученной ранее сумме прибавляют

К (i+1) — и отсчет и вычитают (i+! 2 )-й.

Полученный после сложения результат запоминается в регистре 12 при поступлении на вход записи последнего

1 сигнала с выхода 22 блока 20 управления и отображается индикатором 13. к

При этом операция деления на 2 аппаратурно выполняется путем считывания результата суммирования с выходов старших (m+n) разрядов регистра 12, т.е. со сдвигом íà k двоичных разрядов.

Количество усредненных значений р может быть выбрано равным 2, где р 0 — k, С этой целью в блоке 20 управления предусмотрено формирование тактовой последовательности им«-р пульсов с частотой f = f „ 2, которая формируется последовательно включенным управляемым генератором

25 (с коэффициентом умножения 2") и делителем 26 частоты (с коэффициентом деления 2 ), Таким образом, эа период

P входного сигнала на вход записи регистра 12 поступает 2 импульсов, «-р а коды M задерживаются в динамичесI к ком регистре 16 сдвига не на 2 перир одов, а на 2 периодов входного сигнала. Поэтому цифровым индикатором 13 будет индицироваться результат,равный ф —, 2 1 (м -M; т) )

360 1 «-р

2,о

348744

30

15 туплении на вход записи последнего импульса с выхода 22 блока 20 управления, совпадающего во времени с сигналом на выходе триггера 31.

Цифровой фазометр позволяет определять усредненные значения полных фазовых сдвигов по результатам 2 р (где р=0-k) измерений мгновенных фазовых сдвигов, предшествующих текущему значению. Таким образом, определение каждого нового усредненного значения полного фазового сдвига осуществляется эа время, равное периоду входного сигнала, т.е. время измерения устройства Тк „„= 1/f,„

В прототипе каждое новое усредненное значение получают после обнуления регистров фазометра и суммиро- р вания следующих 2 результатов измерения мгновенных фазовых сдвигов.Поэтому для прототипа время измерения составляет Т„ „ „ = 2 /fgg ° Следовар тельно, выигрыш в уменьшении времени измерения при использовании цифрового фазометра можно оценить отношением Т„,„ /Т„„=2 к « пр

Формула изобретения (2) 35

55 — — K(M -М p)

2 г ;.. т.е. значение полного фазового сдвиP га, усредненное по 2 мгновенным значением М;.

Калибровка фазометра выполняется следующим образом. В момент замыкания переключателя 30 формирователь

29 вырабатывает короткий импульс, которым осуществляется запись логического 0 в триггер 31 с его Р-входа.

Триггер 31 устанавливается в 1 с приходом очередного импульса с выхода линии 28 задержки на вход установки в единичное состояние. Сформированный на инверсном выходе триггера 31 импульс с выхода 23 блока 20 управления поступает на вход разрешения преобразователя 14 кода. Таким образом, в течение длительности импульса на вторую группу входов сумматора 11, с учетом логической "1" на входе переноса второго слагаемого, поступает число -Мс,, представленное дополнительным кодом, которое суммируется с полученным ранее результатом и запоминается в регистре 12 при посЦифровой фазометр, содержащий первый и второй формирователи, входы которых являются входами фазометра,блок определения числа циклов (оборотов), входы которого соединены с выходами формирователей, реверсивный счетчик импульсов, входы которого соединены с выходами блока определения числа циклов, управляемый генератор тактовых импульсов, вход которого подключен к выходу первого формирователя, а выход — к синхровходу блока определения числа циклов и счетному входу счетчика импульсов, вход установки нуля которого соединен с выходом первого формирователя, первый регистр, входы младших разрядов которого подключены к выходам счетчика импульсов, а входы старших разрядов— к выходам реверсивного счетчика импульсов, вход записи в младшие разряды первого регистра подключен к выходу второго формирователя непосредственно, а вход записи в старшие раз- ряды — к выходу второго формирователя через линию задержки, второй регистр, цифровой индикатор, входы которого соединены с выходами второго регист48744

Фиг, 2

Составитель С.Кулиш

Редактор Ю.Середа Техред М.Ходанич Корректор М.Демчик

Заказ 5185/44 Тираж 729 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4

7 13 ра, блок установки нуля, выход которого подключен к входам установки нуля реверсивного счетчика импульсов, первого и второго регистров, и блок управления, первый выход которого соединен с входом записи второго регистра, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности динамических измерений фазового сдвига, в него введены четырехвходовой сумматор, выходы которого подключены к входам второго регистра, динамический регистр сдвига и два преобразователя кода, выходы второго регистра соединены с первой группой входов четырехвходового сумматора, а с второй группой входов — через первый преобразователь кода, третья группа входов четырехвходового сумматора соединена младшими разрядами с соответствующими выходами первого пегистра, а соединенными параллельно старшими разрядами — с выходом старшего разряда первого регистра, четвертая группа входов четырехвходового сумматора подключена младши5 ми разрядами к соответствующим выходам второго преобразователя кода, а соединенными параллельно старшими разрядами — к выходу старшего разряда второго преобразователя кода,входы которого через динамический регистр сдвига соединены с выходами первого регистра, вход записи динамического регистра подключен к второму выходу блока управления, первый и третий входы переносов четырехвходоного сумматора соединены с земпяной шиной, а второй и четвертый входы переноса- с шиной логической единицы, блок управления подключен входом к выходу линии задержки, а третьим выходом — к входу разрешения первого преобразователя кода.