Цифровой низкочастотный фазометр

 

Использование фазоизмерительная техника, измерение угла сдвига фаз между двумя гармоническими колебаниями. Сущность изобретения: устройство содержит: 2 формирователя (1, 2), 1 RS-триггер (З), 1 источник опорного напряжения (4), 2 электронных ключа (5, 6), 1 интегратор (7), 1 компаратор (8), 1 генератор счетных импульсов (9), 2 временных селектора (10, 11). 2 счетчика (12, 13), 1 ЦАП (14), 1 инвертирующий усилитель (15), 1 блок управления (16). 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 25/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4939064/21 (22) 24.05.91 (46) 23.08,93. Бюл. ЬЬ 31 (72) В.М.Аванесов и В.В.Терешков (56) Авторское свидетельство СССР

М 1596269, кл. G 01 R 25/00. (54) ЦИФРОВОЙ НИЗКОЧАСТОТНЫЙ ФАЗОМЕТР (57) Использование . фазоизмерительная техника, измерение угла сдвига фаз между

„, Я2„, 1835521 А1 двумя гармоническими колебаниями. Сущность изобретения: устройство содержит: 2 формирователя (1, 2), 1 RS-триггер (3), 1 источник опорного напряжения (4), 2 электронных ключа (5, 6), 1 интегратор (7), 1 компаратор(8), 1 генератор счетных импульсов (9), 2 временных селектора (10, 1,1), 2 счетчика (12, 13), 1 ЦАП (14), 1 инвертирующий усилитель (15), 1 блок управления (16).

2 ил.

1835521

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано для измерения угла сдвига фаз между двумя гармоническими колебаниями в области низких частот.

Цель изобретения — увеличение точности измерений, °

Поставленная цель достигается тем, что в заявляемом устройстве преобразования

Лt и Т в постоянные напряжения осуществляются в течение одного периода, причем

Л t преобразовывается с помощью интегратора, а Т вЂ” заполняется счетными импульсами, и полученный код посредством цифроаналогового преобразования преобразуется в постоянное напряжение, которое является разрядным для интегратора.

На фиг.1 приведена структурная схема фазометра; на фиг.2 — диаграммы напряжений; поясняющие принцип действия.

В состав фазометра входят формирователи 1 и 2, RS-триггер 3, источник 4 огюрного напряжения, электронные ключи 5 и-6, интегратор 7, компаратор 8; генератор 9 счетных импульсов, временные селекторы 10 и

11, счетчики 12 и 13 импульсов, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 14, инвертирующий усилитель 15, блок 16 управления, в состав которого входят jk-триггер 17, Стриггер 18, RS-триггер 19, элемент ИЛИ 20, элемент И 21., дифференцирующие цепочки

22 и 23.

Первый вход фаэометра через последовательно соединенный формирователь

1 соединен с S-входом RS-триггера 3 и с

С-входом триггера 17. Второй вход фазометра через последовательно соединенный формирователь 2 соединен с R-входом RSтриггера 3, Выход источника 4 опорного напряжения соединен с точкой. объединяющей входы ключа 5 и ЦАП 14, выход которого через последовательно соединенный ключ 6 соединен со входом ин верти рую щего усилителя 15. Выходы ключей 5 и 6 соединены со входом интегоатора 7, выход которого соединен со входом компаратора 8, выход которого через дифференцирующую цепочку

23 соединен со вторым входом элемента

ИЛИ 20. Выход генератора 9 счетных импульсов соединен с точкой, объединяющей входы временных селекторов 10 и 11, выходы которых соединены соответственно с Свходами счетчиков 12 и 13; причем выходная шина счетчика 12 соединена со входной шиной ЦАП 14, а выходная шина счетчика 13 является выходом фазометра. Третий вход фавометра "Пуск" соединен со входами R счетчиков 12 и 13, триггеров 17, 18 с первым входом элемента ИЛИ 20, Выход Jk-триггера

1 1

Оит = — f Up dt = — Лт г, т где Оинт — напряжение на выходе интегратора; с — постоянная времени интегратора;

Оо — напряжение источника 4.

Через время Т, соответствующее периоду исследуемого сигнала на вход С триггера 17 поступает импульс (фиг.2 Ut), переключающий его в нулевое состояние (фиг.2 Оп), закрывая тем самым временной селектор 12 и запрещающий прохождение счетных импульсов с генератора 9 на вход

55 соединен с точкой, объединяющей управляющий вход временного селектора 10, второй вход элемента И 21 и С-вход триггера

18, выход которого через дифференцирующую цепочку 22 соединен с S-входом RSтриггера 19; R-вход триггера 19 соединен с выходом элемента ИЛИ 20, а выход RS-триггера 19 соединен с управляющими входами ключа 6 и временного селектора 11. Первый

10 вход элемента И 21 соединен с выходом

RS-триггера 3, а выход — с управляющим

° входом ключа S. Инвертирующий выход триггера 18 соединен с j u k-входами триггера 17.

Устройство работает следующим образом.

Формирователи 1 и 2 вырабатывают короткие импульсы, соответствующие переходу сигналов 0»i и 0»z через нуль из

20 отрицательных значений в положительные (фиг.2 Овх1 U»2, От, 02), На выходе RS-триггера 3 вырабатывается импульс, длитель-. ность которого b, t соответствует фазовому сдвигу Л р (фиг.2 Оз), Процесс измерения фазового сдвига начинается с приходом управляющего импульса "Пуск", который устанавливает триггеры

17...19 и счетчики 12 и 13 в нулевое состояние (фиг.2 017, Uia, Оы). С приходом импульса с выхода формирователя 1 триггеры 3 и

17 устанавливаются в единое состояние (фиг.2 Оз, Ол), открываются ключ 5 (фиг.2

Ог1) и временной селектор 10 (фиг.2 Оп) ко входу интегратора подключается источник

35 4, а на вход счетчика 12 разрешается прохождение импульсов с генератора 9, Через время Ас на вход RS-триггера приходит импульс с выхода формирователя 2, который переключает триггер 3 (фиг.2 Оз) и от40 ключает источник 4 от входа интегратора 7 размыканием ключа 5 (фиг.2.021). К этому моменту времени напряжение на выходе интегратора 7 составит:

1835521 счетчика 12 (фиг.2 О р), количество NT которых к моменту времени Т составит: (2) йт=- fã,T 4т

U = -К Оцал = -К Uo —, (3)

No где 0 — напряжение на выходе усилителя 15;

Оц л — напряжение на выходе ЦАП 14;

No разрядность ЦАП 14;

К вЂ” коэффициент передачи усилителя 15.

Напряжение на выходе интегратора 5 изменяется и в момент, когда становится равным нулю (фиг.2 От) компаратар 8 переключается (фиг. Ов) и на выходе дифференцирующей цепочки 23 вырабатывается короткий импульс (фиг.2 Огз), который переключает RS-триггер 19 в нулевое состояние (фиг.2 Ощ), т.о.

Оинт + —,/ Udt = 0 (4) т

Подставив в (4) выражения (1) и (3) и решив уравнение относительно Лt, получим — — Оо At + — К Оо — t» = 0 (5)

1 1 йт

Т Т или с учетом (2) No ht No 1 ht тх — — (6)

К йт К fr Т

Зная, что временной интервал заполняется счетными импульсами генератора 9, получим, значение й» счетчика 13: о . Лт No » — - — — Лф

К Т К

Выбирая значение — кратным 36, No

К можно получить отсчет непосредственно в градусах, где f — частота генератора 9.

Переключение триггера 17 в нулевое состояние (фиг.2 Оп) приводит к установке триггера 18 в единичное состояние (фиг.2

0>s). На выходе дифференцирующей цепочки 22 вырабатывается короткий импульс (фиг.2 Огг), что приводит к тому, что на вход интегратора подается напряжение с выхода

LlAll 14 через инвертирующий усилитель 15 и открывается селектор 11 (фиг.2 Uia) Преобразование. интервалов At и Т в постоянные напряжения осуществляется в течение одного периода Т, т.о, устраняется дополнительная погрешность, связанная с

5 возможным изменением частоты сигнала от периода к периоду.

Следует отметить, что переключение триггера 18 в единичное состояние приводит к -ому, что изменение сигнала на входе

10 С триггера 17 не вызовет изменения его состояния (эа счет того, что на J- u k-входах присутствует уровень логического нуля).

Формула изобретения

Цифровой низкочастотный фазометр, 15 содержащий два формирующих устройства, RS-триггер, источник опорного напряжения, первый и второй электронные ключи, интегратор, компаратор, инвертирующий усилитель, генератор счетных импульсов, 20 первый временной селектор, первый счетчик импульсов, причем входы формирователей являются входами фаэометра, выходы формирователей подключены соответственно к R- u S-входам RS-триггера, выход гене25 ратора счетных импульсов, через первый временной селектор подключен к первому счетчику, выход источника опорного напряжения соединен с входом первого электронного ключа, а выход первого ключа

30 соединен с входом интегратора, выход которого соединен с входом компаратора, выход которого подключен к второму входу, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения точности измерений, в него введены второй

35 временной селектор, втброй счетчик импульсов и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), причем вход ЦАП соединен с выходом источника опорного напряжения, выход — с входом второго ключа, выход ко40 торого соединен с входом инвертирующего усилителя, выход которого подключен к входу интегратора, входная шина ЦАП соединена с выходной шиной второго счетчика, а выход первого счетчика является выходом

45 фазометра, вход второго счетчика через временной селектор соединен с выходом генератора счетных импульсов, управляющие входы первого временного селектора и второго ключа соединены с вторым выходом

50 блока управления, а второго временного селектора — с третьим выходом блока управления, управляющий вход первого электронного ключа соединен с первым выходом блока управления, а первый, четвертый и

55 третий входы блока управления подключены соответственно к выходам первого формирующего устройства, RS-триггеру и шине

"Пуск". к которой подключены также R-входы обоих счетчиков.

1835521., Составитель В.Аванесов

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор c

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

Заказ 2981 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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