Цифровой одноканальный инфранизкочастотный фазометр

 

Изобретение может быть использовано в фазоизмерителях в диапазоне ± 90°. Цель изобретения - повышение точности. Повышение точности достигается введением в фазометр аналого-цифрового преобразователя 4, сдвигового регистра 3, четырех регистров 5-8, двух селекторов мультиплексоров 10 и 11, анализатора 12 знака, второго блока 14 деления, блока 2 управления и элемента ИЛИ 9, с помощью которых выполняется запоминание дискретных значений сигнала в моменты нулевых и максимальных значений входных сигналов с последующим вычислением значений фазовых сдвигов по полученным значениям с учетом знака. Фазометр содержит также аналоговый коммутатор 1, первый блок 13 деления, вычислитель 15 арктангенса, сумматор 16 и блок 17 регистрации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1472831 (51)4 G 01 R 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4273382/24-21 (22) 29.05.87 (46) 15.04.89. Вюл. № 14 (72) В.Н.Чинков, Ю.А.Немшилов, В.Н.Лисьев и С.B.Ìàðèíêo (53) 621.317.373(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 773517, кл. G 01 R 25/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР

¹ 834591, кл. С 01 R 25/00, 1979. (54) ЦИФРОВОЙ ОДНОКАНАЛЬНЫЙ ИНФРАНИЗКОЧАСТОТНЦЙ ФАЗОМЕТР (57) Изобретение может быть использовано в фазоизмерителях в диапазоне о

-90 . Цель изобретения — повышение точности. Повьппение точности достигается введением в фазометр аналогоцифрового преобразователя 4, сдвигового регистра 3, четырех регистров

5-8, двух селекторов мультиплексоров

10 и 11, анализатора 12 знака, второго блока 14 деления, блока 2 управления и элемента ИЛИ 9, с помощью которых выполняется запоминание дискретных значений сигнала в моменты нулевых и максимальных значений входных сигналов с последующим вычислением значений фазовых сдвигов по полученным значениям с учетом знака.

Фазометр содержит также аналоговый коммутатор 1, первый блок 13 деления, вычислитель 15 арктангенса, сумматор 16 и блок 17 регистрации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1472831

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании цифровой фазометрической аппаратуры в диапазоне

«90 градусов.

Цель изобретения - повьппение точности измерений.

На фиг. 1 приведена фучкциональная схема устройства; на фиг, 2 — 10 временные диаграммы,.поясняющие принцип его работы.

Фазометр содержит аналоговый коммутатор 1, блок 2 управления, сдвигающий регистр 3, аналого-цифровой 15 преобразователь (АЦП) 4, регистры

5-8, элемент ИЛИ 9, селекторы-мультиплексоры 10, 11, анализатор 12 знака, блоки 13, 14 деления, вычислитель 15 арктангенса, сумматор 16, блок 1 7 регистрации.

Каждый из двух сигнальных входов аналогового коммутатора 1 объединен соответственно с первым и вторым входами блока 2 управления и соеди- 25 нен с соответствующими входными клеммами устройства. Первый выход блока 2 управления подключен к управляющему входу АЦП 4, сигнальный вход которого соединен с выходом аналого- 30 ваго коммутатора 1. Информационный выход АЦП 4 подключен к объединенным между, собой одноименными входами регистрам 5-8, а управляющий выход соединен с входом сдвигающего регистра 3. Четыре выхода сдвигающего регистра 3 подключены к входам разрешения записи соответственно регистров 5-8, третий и четвертый выходы сдвигающего регистра 3 соединены с 40 входами элемента ИЛИ 9, выход которого соединен с третьим входом блока 2 управления. Информационные выходы регистров 5,6 и 7,8 подключены к двум входам соответственно селекторовмультиплексоров 10 и 11, управляющие входы которых объединены с управляющим входом аналогового коммутатора

1 и соединены с вторым выходом блока

2 управления. Выходы селекторов-мультиплексоров 10, 11 подключены к входам анализатора 12 знака и блока 13 деления, причем на анализатор 12 знака заведены знаковые разряды, а на блок 13 деления — непосредственно коды чисел. Выход блока 13 деления через вычислитель 15 арктангенса соединен с входом сумматора 16. Управляющий записью вход сумматора 16 подключен к третьему выходу блока 2 управления, а выход через блок 14 деления соединен с входом блока 17 регистрации. Знаковые разряды блока

17 регистрации подключены непосредственно к выходу анализатора 12 знака.

В состав блока 2 управления входят счетный триггер 18 и RS-триггеры 19, 20, нуль-органы 21, 22, вре" менные дискриминаторы 23, 24 максимумов, элементы ИЛИ 25, 26, элементы

И 27, 28, формирователь 29 импульсов, элементы 30, 31 задержки, счетчик 32, кнопка 33 "Пуск".

Для проведения статистического усреднения результатов измерений с передней панели прибора в блок 14 деления и счетчик 32 вводится код И, который для блока 14 деления является делителем, а для счетчика 32— коэффициентом пересчета.

Первый и второй входы блока 2 управления соответственно через нуль-орган 21, временной дискриминатор 23 максимумов и нуль-орган 22, временной дискриминатор 24 максиму- мов подключены к входам элемента

ИЛИ 25. Выход нуль-органа 22 соединен с третьим входом элемента ИЛИ

25, а выход нуль-органа 21 подключен к первому входу элемента И -27. Второй вход элемента И 27 соединен с выходом RS-триггера 20, а выход подключен к первому входу элемента ИЛИ

26 и S-входу RS-триггера 19. R-вход триггера 19 соединен с R âõîäîì RSтриггера 20 и выходом счетчика 32, а выход подключен к входу элемента

И 28. Другой вход элемента И 28 соединен с выходом элемента ИЛИ 25, а выход подключен к второму входу элемента ИЛИ 26. Выход элемента ИЛИ

26 соединен с первым выходом блока 2 управления и через счетный триггер 18 соединен с вторым выходом блока 2 управления, третий вход которого подключен к входу элемента 30 задержки.

Выход элемента 30 задержки соединен с входом счетчика 32 и третьим выходом блока 2 управления. Кнопка 33 "Пуск" через формирователь 29 и элемент 31 задержки подключена к S-входу RSтриггера 20.

Фазометр работает следующим образом.

Перед проведением измерений на передней панели устанавливается число

25 з 14728

N проводимых измерений, которое определяет коэффициент усреднения в блоке

14 деления и количество циклов в счетчике 32.

При нажатии кнопки 33 "Пуск" в

5 блоке 2 управления импульсом "Сброс" с выхода формирователя 29 импульсов прибор приводится в исходное состояние. При этом сдвигающий регистр 3, сумматор 16, счетчик 32 абнуляются, а триггеры 18-20 переводятся в исходное состояние.

Пусть на входы фазаметра подаются синусоидальные напряжения 15

U (t = U< sin t, U< (t? = Uz„sin (cut + 1; где U„, U — амплитуды сигналов;

Ч вЂ” фазовый сдвиг между ними. 20

На выходах нуль-ор-анов 21, 22 формируются короткие импульсы в моменты переходов напряжений И,(с1, U<(t) через нулевые значения, а на выходах временных дискриминаторов

23, 24 максимумов — в моменты перехода напряжений через максимальные значения. Однако эти импульсы через элементы.И 27, 28 не проходят, так как они закрыты нулевыми потенциала- 30 ми триггеров 20, 19.

На фиг. 2 показаны временные моменты появления указанных импульсов, оци обозначены t„, г, ..., с . Причем для определенности принято, что напряжение U (ti опережает напряжение

U (t3, но отметим, чта для работы устройства это не имеет значения.

Такое состояние прибора ат момента нажатия кнопки 33 Пуск« сахра- 40 няется да появления управляющего воздействия на выходе элемента 31 задержки, время задержки на котором выбирается достаточным для приведения фазометра в исходное состояние. 4

С появлением импульса на выходе элемента 31 задержки триггер 20 переключается в единичное состояние и открывает элемент И 27. Первый же, импульс с выхода нуль-органа 21 в моменты времени г, или с (для опре5Q деленности за начало отсчета примем момент времени t „) проходит через элемент И 27 на S-вход триггера 19 и через элемент ИЛИ 26 на управляющий вход АЦП 4 и счетный вход триггера

18. АЦП 4 запускается и преобразует мгновенное значение напряжения U z(t)a момент времени г„ = О, обозначим его

31

U (t> = 13... в пропорциональный цифровой код U2r = -U2

АЦП 4 записывается в регистр 5. Па спаду сигнала с элемента ИЛИ 26 триггер 18 опрокидывается в единичное состояние и переключает аналоговый коммутатор 1 и селекторы-мультиплексоры 10, 11. При этом через аналоговый коммутатор 1 на сигнальный вход АЦП 4 подается напряжение С,(с, а на выходы селекторов-мультиплексоров 10, l1 поступает информация с регистров 5 и 7, которая сохраняется на этих выходах да следующего переключения счетного триггера 18.

В этом такте на выходах анализатора 12 знака, блока 13 деления и вычислителя 15 арктангенса образуется ложная информация, на так как импульс записи када результата в сумматор 16 ат блока 2 управления ат— сутствует., та эта информация в приборе теряется.

Очередным импульсам, переключающим триггер 18 и запускаюшим АЦП 4 на преобразование, будет импульс с выхода нуль-органа 22, который пройдет по цепи: элемент ИЛИ 25, элемент И 28, элемент ИЛИ 26. С поступлением этого импульса АЦП 4 преобразует мгновенное значение напряжения U (t3 в момент времени с =

= Ц /ы(-с ) с = g), обозначим ега Ц(с 1 =

= U,, в пропорциональный цифровой код U, = U .sin% Импульс |Конец преобразования" с управляющего выхода АЦП 4 поступает на сдвигающий регистр 3, и на его втором выходе появляется сигнал разрешения записи в регистр 6, в который записывается код U . Триггер 18, а с ним аналоговый коммутатор 1 и селекторы-мультиплексоры 10, 11 возвращаются в исходное состояние, при котором на сигнальный вход АЦП 4 снова подается напряжение U (с1, а на выходы селекторов-мультиплексоров 10, 11 поступает информация с регистров 6 и 8.

Результат вычислений в этом так,те, как и в предыдущем, является лаж5 1472 ным, так как в регистре 8 отсутствует код второго числа, поэтому он тоже теряется °

В,дальнейшем на запуск АЦП 4 и на триггер 18 поочередно поступают импульсы с временного дискриминатора

23 максимумов (ас з = Р/2), временного дискриминатора,24 максимумов (ыс = 6 /2 + g), нуль-органа 21 (cuts = Г1, нуль-органа 22 (ос

= 7« + Ч) и снова с временных дискриминаторов 23, 24 максимумов (vt, =

= 3/2 i, ыс =- 3/2«+ q) . Каждым из этих импульсов производится запуск

АЦП 4, переключение аналогового коммутатора 1 и селекторов-мультиплексоров 10, 11 с помощью триггеров 18.

На выходе АЦП 4 образуются коды мгновенных значений напряжений U2(t) и

U,(t) в указанных точках отсчета, которые записываются в соответствующие регистры памяти. Значения кодов и номера регистров памяти, в которых они запоминаются, приведены в таб- 25 лице.

Из таблицы видно, что отсчеты

УФ 5-8 записываются в те же регистры памяти, что и первые четыре отсчета.

Для э ого сдвигающий регистр 3 имеет объем, равный четырем. Поэтому с поступлением 5-го импульса на его вход он принимает состояние, соответствующее записи 1, и сигнал разрешения формируется на первом выходе, т.е.

35 на входе разрешения записи регистра 5. И аналогично для б-го, 7-ro и 8-го отсчетов.

В отличие от первого и второго тактов в третьем и четвертом тактах, соответствующих записи кодов мгновенных значений в регистры 7,8, на выходе элемента ИЗИ 9 образуется управляющий импульс, который поступает затем в блок 2 управления. Проходя через элемент 30 задержки в блоке

2 управления, этот импульс, во-первых, стробирует запись информации в сумматор 16 и,во-вторых, переводит счетчик 32 в следующее состояние.

Для исключения ложных результатов в процессе измерения в фазометре стробируется запись информации в сумматор 16. При этом запись результата проводится во-первых после запомиЭ Э

55 нания кодов делителя в регистрах 7 или 8 (что соответствует моментам времени t з, t и t „, tg ) и, во-вторых, с некоторой задержкой, необходи831

О мой для выполнения вычислительных операций. Временная задержка на элементе 30 задержки Формируется достаточной для передачи данных от регист-. ров 5-8 на входы анализатора 12 знака, блока 13 деления и проведения вычислений в блоке 13 деления, вычислителе 15 арктангенса и сумматоре 16.

Непосредственное вычисление фазового сдвига в устройстве производится следующим образом.

Коды мгновенных значений напряжений U,(t) и U (t) переносятся в блок

13 деления, в котором проводится их деление соответственно У,/U U/U

U /U; Б /U, . На информационном вы25 27 ходе блока 13 деления образуется код результата

Y

= arcticö

Э где Х вЂ” делемое, Х Ug„U,г U U„;.делител Пгз Ъ и

С выхода блока 13 деления код частного (Х/Y) подается на вычислитель 15 арктангенса, в котором определяется значение фазового сдвига Ч =

Х

= arctg — которое затем накапливауУ ется и запоминается в сумматоре 16.

Каждое вычисление фазового сдвига сопровождается изменением состояния счетчика 32 на единицу. После того, как будет проведено Н измерений, на выходе счетчика 32 образуется управляющее воздействие, по которому триггеры 19, 20 опрокидываются в нулевое состояние. При этом элементы И. 27, 28 запираются, и фазометр переводится в режим "Останов", Суммарный код Ы измерений фазового сдвига, который зафиксирован в сум маторе 16, усредняется в блоке 14 деления и индицируется в блоке 17 регистрации. При этом по знаку фазового сдвига последнего результата деления судят о знаке результата измерения. Для этого знаковый разряд с анализатора 12 знака заведен на второй вход блока 17 регистрации.

Так, например, при нечетном количестве измерений знак "-" результата деления говорит о том, что сигнал ,Uг(с) отстает от сигнала U,(t), если знак "+", то сигнал Uq(t) опережает сигнал U,(t).

1472831

Работа фазометра при однократных измерениях отличается лишь тем, что при первом же вычислении фазового сдвига он переводится в режим Qcтанов, а результат на блоке 17 ре-!! 5 гистрации поступает через блок 14 деления, коэффициент деления которого равен единице.

Таким образом, в сумматоре 16 получается код модуля измеряемого фазового сдвига (который при необ,ходимости усредняется в блоке 14 деления) и затем индицируется в блоке 17 регистрации, а его знак отсчитывается по знаковому разряду с анализатора 12 знака.

В цифровом одноканальном фазометре операции нормирования, суммирования и вычитания, а также аналогового запоминания мгновенных значений сигналов исключены. Следовательно, исключены и соответствующие составляющие погрешностей. Кроме того, операции деления подвергаются мгновенные значения одного и того же сигнала, прошедшие через один и тот же измерительный канал, чем в полной мере используются преимущества логометрического принципа измерения, а также уст- Зо раняются погрешности деления и вычисления арктангенса, так как в цифровой форме они могут быть выполнены с любой, наперед заданной точностью, при этом за счет статистической обработки может быть уменьшена в 1(И раз случайная погрешность результата измерения.

Формула изобретения

1. Цифровой одноканальный инфранизкочастотный фазометр, содержащий аналоговый коммутатор, последовательно соединенные первый блок деления и вычислитель арктангенса, а также

45 сумматор и блок регистрации, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены аналого-цифровой преобразователь, сдвиговый регистр, четыре регистра, два селектора-мультиплексора, анализатор знака, второй блок деления, блок управления и элемент

ИЛИ, при этом два входа блока управления соединены с входами аналогового коммутатора, а первый вьиод подключен к управляющему входу аналогоцифрового преобразователя, сигнальный вход которого соединен с выходом аналогового коммутатора, информационный выход подключен к объединенным между собой одноименным входам четырех регистров, а управляющий выход соединен с входом сдвигового регистра, четыре выхода которого подключены к входам разрешения записи соответствующих регистров, причем третий и четвертый выходы сдвигового регистра соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с третьим входом блока управления, а информационные выходы первого и второго, третьего и четвертого регистров подключены к двум входам соответственно первого и второго селекторов-мультиплексоров, управляющие входы которых объединены с управляющим входом аналогового коммутатора и соединены с вторым выходом блока управления, выходы селекторовмультиплексоров подключены к попарно объединенным двум входам анализатора знака и первого блока деления, вход сумматора соединен с выходом вычислителя арктангенса, управляющий вход сумматора соединен с третьим выходом блока управления, а выход сумматора через второй блок деления подключен к входу блока регистра.ции, второй вход которого соединен с выходом анализатора знака.

2. Фазометр по п. 1> о т л ич а ю шийся тем, что блок управления содержит счетный триггер и два RS-триггера, счетчик, формирователь импульсов, два нуль-органа, два временных дискриминатора максимумов, два элемента ИЛИ, два элемента И, два элемента задержки и кнопку "Пуск", при этом первый и второй входы блока управления соответ" ственио через последовательно соединенные первый нуль-орган и первый временной дискриминатор максимумов, второй нуль-орган и второй дискриминатор максимумов подключены к первому и второму входам первого элемента ИЛИ, выход второго нуль-органа соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ, выход первого нульоргана подключен к одному входу первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго RSтриггера, а выход подключен к первому входу второго элемента ИЛИ и Sвходу первого RS-триггера, вход ко.1472831 торого соединен с R-входом второго

RS-триггера и выходом счетчика, а выход подключен к одному входу вто° рого элемента И, другой вход которого соединен с выходом первого эле5 мента ИЛИ, а выход подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым выходом блока управления и через счетный -10

99 от- Моменты

Значения отсчетов

Номер регистрации памяти отсчетов счетов

Напряжения UÄ(t) Напряжения V (П21 Пя (112в sin 4 с, = 0

1 1 — 1 1(> — Ц др "

П„= 4(, = 1,„роз Ч

Uf Б (Е4. Б Соз

Я =(/

U U,(tó) U sin Ö

Gdt = I/+ 9

U, =U,(t<) — U, sing

03t = -/(2

U< = ц (t>3 =-Uz,„cos Ч шс = — и+ q U =U (t ) =-U cos4

3,2 <3 1 g 1 „

Фиг 2

Составитель М.Катанова

Техред М.Дидык . Корректор Л.Патай

Редактор О.Спесивых

Заказ 1704/44 Тираж 711 Подписное

ВНИКПИ Государственного комитета по изобретениям H открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 8-35, Рауаская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

ddt = Ц

У (A t

3 2

t t =-+1

2 триггер — с вторым выходом блока управления, третий вход которого через первый. элемент задержки подключен к входу счетчика и третьему выходу блока управления, а кнопка

"Пуск" через последовательно соединенные формирователь импульсов и второй элемент задержки соединена с Sвходом второго RS-триггера.