Цифровой фазометр

 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для измерения среднего угла сдвига фаз между двумя синусоидальными напряжениями или между двумя последовательностями электрических импульсов. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит схему 1 управления, формирователи 2 и 21 импульсов, фазовый дискриминатор 4, элементы И 5, 12, 23 и 28, счетчик 6 пачек импульсов, формирователи 3 и 7 входного сигнала, регистр 9, триггер 10 коррекции, блок 11 увеличения длительности входного импульса, блок 14 нормализации, задающий генератор 15, фильтр 16 низкой частоты, счетчик 17 времени задер ски, преобразователь 22 капряжение частота , вычитающий счетчик 24 импуль сов, анализатор 25 нуля и счетчик 27 результата. В щгфровсй фазометр дополнительно введены переключающий элемент 13, последовательно включенные счетчик 18 коррекции, лреобразователь 19 код - напряжение и суммирующий элемент 20„ Это обеспечивает существенное снга-сение нггзкочастотнЪй составляющей погрешности фазометра путем уменьшения влияния на точность устройства параметров блока 14 нормализации и преобразователя 22 напряжение - частота. 2 и,п. ш

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК g с1 G 01 R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4194609/24-21 ,(22) 16.02.87 (46) 30.08.88. Бюл. № 32 (71) Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт автоматизированных систем управления транспортом газа (72) М.В.Хохряков, A.Å.Ðåäüêèí и К.И.Уманец (53) 621.317(088.8) (56) Смирнов П.Т. Цифровые фазомет- . ры. — Л.: Энергия, 1974, рис. 35.

Авторское свидетельство СССР

¹ 798622, .кл. С 01 R 25/00, 1981, (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР (57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для измерения среднего угла сдвига фаз между двумя синусоидальными напряжениями или между двумя последовательностями электрических импульсов. Цель изобретения — повышение точности измерения. Устройство содержит схему 1 управления, формиро„„SU„„ 54 I А1 ватели 2 и 2 1 импульсов, фазовый дискриминатор 4, элементы И 5, 12, 23 и

28, счетчик 6 пачек импульсов, формирователи 3 и 7 входного сигнала, регистр 9, триггер 10 корр"".кц-п1, блок

11 увеличения длительности входного импульса, блок 14 нормализации, задающий генератор 15, фильтр "i 6 низкой частоты, счетчик 17 времени задержки, преобразователь 2" па>rðÿæåêèå — частота, вычитающий c÷å ÷èê ?4 импульсов, анализатор 25 нуля и счетчик 27 результата. В цифровой фазометр дополнительно введены переключающий элемент 13 последоват .íüíî включенные счетчик 18 коррекции„преобразователь 19 код — напряжение и суммирующий элемент ?О. Это об -спечивает существенное снижение низкочастотчой составляющей погрешности фазометра путем уменьшения влияния на точность устройства параметров блока 14 нормализации и преобразователя 22 напряжение — частота. 2 ип.

1420547

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для измерения среднего угла сдвига фаз между двумя синусоидальными напряжениями или между двумя последовательностями электрических импул ь с ов .

Цель изобретения — повышение точности измерения.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 — временные диаграммы работы характерных точек схемы. В состав устройства входят схема

1 управления, формирователь 2 импульсов, формирователь 3 входного сигнала, фазовый дискриминатор 4, элемент

И 5, счетчик 6 пачек импульсов, формирователь 7 входного сигнала, форми- 20 рователь 8 импульсов, регистр 9, триггер 10 коррекции, блок 11 увеличения длительности входного импульса, элемент И 12, переключающий элемент

13, блок 14 нормализации, задающий 25 генератор 15, фильтр 16 низкой частоты, счетчик 17 времени измерения, счетчик 18 коррекции, преобразователь

19 код-напряжение, суммирующий элемент 20, формирователь 21 импульсов, 3р преобразователь 22 напряжение-частота (ППЧ), элемент И 23, вычитающий счетчик 24 импульсов, анализатор 25 нуля, элемент И 26, счетчик 27 результата, первый 28 и второй 29 измери35 тельные входы фазометра, первый — пятый командные выходы 30-34 схемы 1 управления, синхронизирующий выход 35 схемы управления, соответственно первый 36 и второй 37 синхронизирующие 40 входы схемы управления, управляющие вход 38 и выход 39 схемы управления..Схему 1 управления образуют формирователи 2, 8 и 21 импульсов, триггер 10 коррекции, элемент И 12, задающий генератор 15 и счетчик 17,времени измерения.

Измерительные входы 28 и 29 фазометра подключены через формирователи

3 и 7 к входам фазового дискриминатора 4, выход которого соединен с

IIepBbIM входом элемента И 5, входом блока 11 увеличения длительности и через переключающий элемент 13 с входом блока 14 нормализации. Кроме того, выходы формирователей 3 и 7 через синхронизирующие входы 36 и 37 соединены с входами формирователей 2 и.8.

В схеме 1 управления выход задающего генератора 15 через синхронизирующий выход 35 подключен к второму входу элемента И 5 и входу счетчика

17, выход которого связан через первый командный выход 30 с первым входом элемента И 26 и через формирователь 21 и пятый командный выход 34 с установочными входами счетчика 18, выход формирователя 8 через третий командный выход 32 соединен с входом записи регистра 9, выход формирователя 2 связан с С-входом триггера 10, первым входом элемента 12 и через второй командный выход 31 с входом г записи вычитающего счетчика 24, единичный выход триггера 10 через второй вход элемента И 12 и через четвертый командный выход 33 связан со счетным

1 входом счетчика 18, нулевой выход триггера 10 через управляющий выход

39 подключен к управляющему входу переключающего элеме нта 1 3.

Выход счетчика 18 через преобразователь 19 код-напряжение связан с первым входом суммирующего элемента

20, второй вход которого через фильтр

16 подключен к выходу блока 14 нормализации. Выход суммирующего элемента

20 через преобразователь 22 напряжение-частота связан с первым входом элемента И 23, выход которого соеди- . нен со счетным входом счетчика 24 и через второй вход элемента И 26 с входом счетчика 27.

Выход счетчика 24 подключен к входу анализатора 25 нуля, выход которого связан со вторым входом элемента И 23 и через управляющий вход 38 с D-входом триггера 10 коррекции.

Выход элемента И 5 соединен со счетным входом счетчика 6, разрядные выходы которого через регистр 9 связаны с разрядными входами счетчика 24.

Устройство работает следующим образом.

Цикл измерения состоит из двух режимов — коррекции (Р1) и измерения (Р2), длительности которых равны и определяются объемом счетчика 17 вре-. мени измерения.

Рассмотрим работу устройства с момента начала режима Р 1 (момент времени с, на фиг. 2) .

Измерительные входы 28 и 29 фазометра подключены к входам соответствующих формирователей 3 и 7, вырабатывающих прямоугольные импульсы, 3 )42 временной сдвиг между которыми про- порционален фазовому сдвигу .о между входными сигналами. Поступившие на входы фазового дискриминатора 4 импульсы преобразуются им в последовательность прямоугольных импульсов с длительностью Т и периодом, равным периоду входных сигналов Т.

Выходные импульсы дискриминатора 4 преобразуются с помощью элемента И 5 в пачки импульсов (квантующие импульсы с периодом Т „ непрерывно посту— пают с синхронизирующего выхода 35 схемы 1 управления на второй вход двухвходового элемента И 5.

В режиме коррекции пачки импульсов через переключающий элемент 13 поступают на вход блока 14 нормализации, минуя блок 11 увеличения длительности входного импульса.

Блок 14 нормализации осуществляет

I нормализацию амплитуды импульсов, " т.е. ограничение амплитуды на неко- торых уровнях Пмако т UwnH °

Фильтр 16 низкой частоты выделяет постоянную составляющую нормализованного напряжения

» пост мин макс U«„) 054 7 который осуществляет перепись кода из регистра 9 в счетчик 24. Этот же сигнал, поступая на С-вход триггера 10, осуществляет через управляющий вход

38 схемы 1 управления перепись состояния анализатора нуля 25 в триггер 10

25 коррекции.

При наличии в счетчике 24 кода, отличного от нуля, на выходе анализатора 25 нуля образуется разрешающий потенциал, подаваемый на второй вход элемента И 23, импульсы пресбразсзателя 22 через элемент 23 поступают на вход вычитающего счетчика 24 и на второй вход элемента И 26. На первый вход элемента И 26 с выхода счетчика

17 времени измерения через первый Командный выход 30 схемы 1 управления поступает запрещающий потенциал, поэтому импульсы на вход счетчика результата 27 не проходят.

В начале режима коррекции с помощью формирователя 21 импульса»,». на фиг ° 2) через -пятый командный Bl.iход 34 схемы 1 управления в -счетчи- ке 18 коррекции устанавливается ма,— симальнсе значение кода,Хм „,, на фиг,2), под воздействием которо"o преобразователь 19 код-напряжение гы40

55 х —

6Ò

Т которая поступает через суммирующий элемент 20 на вход преобразователя 22 напряжение-частота с характеристикой вида: п»»» К»,U»»»» где K» — коэффициент пропорциональности.

Влияние на работу устройства преобразователя 22 постоянной составляющей выходного напряжения фильтра 16 низкой частоты может быть устранено путем введения соответствующего смещения на входе суммирующего элемента 20.

Счетчик 6 регистрирует число импульсов, содержащихся в каждой пачке, поступающей с выхода элемента И 5.

По переднему фронту импульса формирователя 7 с третьего командного выхода 32 схемы 1 управления поступает формируемый формирователем 8 импульсов сигнал, осуществляющий перепись кода счетчика 6 в регистр 9.

По переднему фронту импульса формирователя 3 на втором командном выходе 31 схемы 1 управления образуется формирователем 2 импульсов сигнал, рабатывает напряжение, поступающее на суммирующий элемент 20 полярность которого противоположна полярности напряжения, поступающего с фильтра

16 низкой частоты. В этом случае частота, вырабатываемая преобразователем

22, минимальна и содержимое счетчика

24 за время периода входного сигнала

Т не успевает уменьшиться до нуля.

На выходе анализатора 25 нуля сохраняется разрешающий потенциал, который устанавливает триггер 10 коррекции в единичное состояние.

С единичного выхода триггера 10 разрешающий потенциал поступает на второй вход элемента И l2 и очередной импульс Ь T через первый вход элемента И 12 и четвертый командный выход 33 схемы 1 управления поступает на вход счетчика 18 коррекции. Это приводит к уменьшению ча единицу содержимого счетчика 18, что, в свою очередь, приводит к уменьшению на шаг квантования напряжения на выходе преобразователя 19. Напряжение на входе преобразователя 22 увеличивается, следовательно, увеличивается и час п»»Ч

Процесс увеличения частоты ПНЧ продолжается до тех пор, пока частота К„„„ не достигнет такого значения, когда содержимое счетчика 24 за время периода входного сигнала успевает уменьшиться до нуля. В этот момент анализатор 25 нуля выдает запрещающий потенциал и триггер 10 устанав" ливается в нулевое состояние. С второго входа элемента И 12 снимается разрешающий потенциал и импульсы Т .перестают поступать на вход счетчика 18 коррекции. В счетчике 18 фиксируется значение кода, соответствующее напряжению, которое определяет рабочую точку преобразователя 22 напряжение-частота.

При установке триггера 10 коррекции в нулевое состояние на управляющий вход переключающеrо элемента 13 через выход 39 схемы 1 управления поступает разрешающий потенциал и на вход блока 14 нормализации поступают импульсы увеличенной длительности

hT ат„+ Т,„. . В момент времени t заканчивается режим коррекции и начинается режим измерения.

В режиме измерения с выхода счетчика 17 времени измерения разрешаю щий потенциал через первый командный выход 30 схемы I управления поступает на первый вход элемента И 2б, и импульсы с выхода преобразователя 22 через элемент И 23 поступают на вход

35 счетчика 27 результата. Число, полученное в счетчике 27 результата за время измерения, пропорционально среднему углу сдвига фаз между исследуемыми сигналами.

Таким образом, введение в состав фазометра последовательно включенных счетчика коррекции, преобразователя код-напряжение и суммирующего элемен45 та, один из входов которого связан с фильтром низкой частоты, а также переключающего элемента обеспечивают существенное снижение низкочастотной составляющей погрешности фазометра путем уменьшения влияния на точность устройства параметров блока нормализации и преобразователя напряжениечастота.

Формула и з обретения

Цифровой фазометр, содержащий схе-! му управления, синхронизирующие входы

47 . 6 которой подключены к двум формирователям входных сигналов, соединенных через фазовый дискриминатор с блоком увеличения длительности входного импульса, последовательно соединенные блок нормализации и фильтр низкой частоты, а также первый элемент И, вход которого соединен с выходом фазового дискриминатора, а выход подключен к счетному входу счетчика пачек импульсов, который поразрядно соединен с последовательно включеннь1ми регистром и вычитающим счетчиком, выход которого через анализатор нуля соединен с первым входом второго эле1 мента И, второй вход которого подключен к выходу преобразователя напряжение-частота, а выход второго элемента И соединен со счетным входом вычитающего счетчика и через первый вход третьего элемента И вЂ” с входом счетчика результата, второй вход третьего элемента И подключен к первому командному выходу схемы управления, второй и третий командные выходы соединены соответственно с входами записи вычитающего счетчика и регистра, а синхронизирующий выход схемы управления соединен с вторым входом первого элемента И, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены переключающий элемент, последовательно соединенные счетчик коррекции, преобразователь код-напряжение и суммирующий элемент, второй вход которого соединен с выходом фильтра низкой частоты, а выход суммирующего элемента подключен к входу преобразователя напряжение-частота, первый вход переключающего элемента соединен с входом блока увеличения длительности входного импульса, второй вход — с выходом указанного блока, выход переключающего элемента подключен к входу блока нормализации, а управляющий вход переключающего элемента связан с управляющим выходом схемы управления, четвертый командный выход схемы управления соединен со счетным входом счетчика коррекции, установочные входы которого подключены к пятому командному выходу схемы управления, при этом выход анализатора нуля соединен с управляющим входом схемы управления.

) 420547

/ уст.

Редактор Л.Пчолинская

Заказ 4326/51 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

18 1макС

Составитель Л. Воронина

Техред Л.Олийнык Корректор М.Демчик