Инфранизкочастотный фазометр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

„„924614 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 220880 (21) 2995522/18-21

51 М Nn с присоединением заявки ¹

G 01 R 25/08

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 300482, Бюллетень Йо16 (З УДК 621. 317.. 77 (088. 8) Дата опубликования описания 3004,82

Б.К.Куприк, А.И.Двойниченко, Д.П.Двойничвнко","":, и В.Н.Козявкин

1: .- г

У г (72) Авторы изобретения (71 ) 3 а яв ит ель вю,. ° „ ! (54 ) ИНФРАНИЗКОЧАСТОТНЫЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к инфраниэкочастотным фаэометрам, формирующим результат измерения в виде аналогового сигнала, знак которого зависит от знака измеряемой разности фаз, и может быть использовано для оснащения испытательных стендов, в системах фазового регулирования, а также как вторичные преобразователи.

Известен фазометр, в качестве ключевой цепи в котором используется триггер, управляемый сстроконечными импульсами, формируемыми в моменты перехода через ноль сигналов, сдвиг фаз между которыми измеряется. Среднее значение тока прямоугольного импульса, формируемого триггером, прямопропорцнонально сдвигу фаз. Ток измеряется стрелочным прибором fl).

Недостатком указанного фазометра является то, что выходной сигнал прибора нельзя исгольэовать для дальнейшей автоматической обработки. Быстродействие измерения мало и нельзя изг ерять сдвиг фаз при инфранизких частотах. При изменении знака разности фаз, такая схема не работает.

Наиболее близким по технической суцности к предлагаемому является инфраниэкочастотный фазометр содержаций в двух каналах последовательно соединенные усилитель-ограничитель, формирователь временного интервала, схему ссвпадения, электронный счетчик и блок памяти, автогенератор высокостабильных колебаний, соединенный через делитель частоты, управляемый схемой управления, с вторыми входами названных схем ссвпадений и индикатор, и снабженный источником опорного напряжения, делителем напряжения, реле включения делителя, блокинг-генератором, нульнндикатором H двумя дискретными ре зисторами (2).

Известное устройство выдает результат измерения в аналоговой форме, но оно не работает, если меняется знак разности фаз, так как изменение знака разности фаз выражается в форме скачка от нуля до максимума выходного сигнала. Быстродействие устройства занижено, так как после основного измерения (длительности периода и длительности запаздывания) выполняется растянутое во времени дополнительное измерение (получение фазового угла иэ измеренных вреглен). Устройство имеет малый частотный диапазон, так как схема

924614 управления делителя частоты не связана с входными сигналами. В реэульхате это приводит к большой погрешности измерения при изменении частоты входного сигнала.

Цель изобретения — увеличение 5 быстродействия и точности измерения. указанная цель достигается тем, что в инфранизкочастотный фаэометр, содержащий два формирователя, выходы которых соединены через блок управле- р ния с соответствующими входами триггера, выход которого подсоединен к первому входу элемента совпадения, к второму входу которого подключен выход генератора при этом выход 15 элемента совпадения соединен с входом счетчика, а выходы последнегос входами первого блока памяти,, а также второй блок памяти и источник напряжения,. дополнительно введены два преобразователя цифра-аналог, сумма20 тор, блок знака„блок коммутации знака, усилитель, три резистора, третий формирователь и две дифферен.— цирующие цепи, причем выходы формирователей через дифференцирующие цепи подсоединены к соответствующим входам управления первого блока памяти и входам блока знака. одновременно, а третий вход блока знака соединен- с вторым выходом блока управления и входом третьего формирователя одновременно, а выход .последнего соеди- нен с входами управления второго блока памяти и преобразователей цифрааналог, при этом два выхода блока 35 знака подсоединены к соответствующим входам второго блока памяти, подключенного выходом к входу управления блока ксммутатора знака, вход которого подсоединен к выходу. источника 4р напряжения, а выход через первый преобразователь цифра-аналог - к первому входу сумматора и первому резистору одновременно, причем выход первсго резистора соединен с входом усилителя, а последний — через резисторы с свсим выходом и выходом второго преобразователя цифра-аналог, первый вход которого подсоединен к выходу усилителя, а остальные входык соответствующим выходам счетчика, кроме того, выход второго преобразователя цифра-аналог соединен с вторым входом сумматора, выход которого является выходом прибора, причем вход управления счетчика подключей к пер- 55 вому выходу блока управления, а вы-. ходы первого блока памяти — к соответствующим входам первого преобразователя цифра-аналог.

При этом блок управления включает в себя элемент ИЛИ и элемент совпадения, выходы которых являются выходами блока управления, а первые входы элементов так же, как и вторые вхо- 65 ды, объедин ены и являются соответствующими входами блока управления.

Блок знака включает в себя два элемента совпадения, выходы которых соединены с входами триггера, первые входы элементов совпадения объединены и являются третьим входом блока знака, а вторые — первым и вторым входами блока знака.

Блок коммутации знака состоит иэ дифференциального усилителя, инверсный вход которого соединен через первый резистор с выходом усилителя и выходом блока коммутации знака, а через второй. резистор -с входом блока .коммутации знака, с которым через третий резистор соединен прямой вход усилителя, к которому подключен четвертый резистор, второй вывод которого соединен с общей шиной через параллельно включенные пятый резистор и ключ, вход управления которого соединен с входом управления блока коммутации знака.

На фиг.1 приведена структурная схема фазометра„ на фиг.2 — эпюры сигналов на выходах узлов.

Фазометр содержит формирователи

1 и 2, блок 3 управления, дифференцирующие цепи 4 и 5, триггер 6, счетчик 7, блок 8 знака, третий форммирователь 9, элемент 10 совпадения, генератор 11, вырабатывающий импульсы напряжения постоянной частоты.

Выходы разрядов счетчика 7 соединены с входами блока 12 памяти, входы управления которого соединены с выходами дифференцирующих цепей 4 и 5 и входами (первым и вторым) блока 8 знака.

Выходы блока 8 знака соединены с входами блока 13 памяти, выход ко- торого подключен к входу управления блока 14 коммутатора знака, соединенного входом с источником 15 напряжения (постоянного по величине и знаку), а выходом с входом преобраэователя 16 цифра-аналог, другие входы которого соединены с выходами блока 12 памяти.

Выход первого преобразователя 16 цифра-аналог соединен с одним входом сумматора 17 и через резистор 18 с входом усилителя 19. Вход усилителя

19 соединен через резистор 20 со своим выходом и входом второго преобразователя 21 цифра-аналог, выход которого соединен через резистор 22 с входом усилителя 19 и вторым входом сумматора 17, выход которого соединен с выходом устройства. Другие входы второго преобразователя 21 цифра-аналог соединены " частью выходов счетчика 7. Выход формирователя 9 соединен с входами управления блока 13 памяти, преобразователей

16 и 21.

924614

Блок 3 управления состоит иэ элемента 23 ИЛИ и элемента 24 совпадения.

Блок 8 знака состоит из двух элементов 25 и 26 совпадения, триггера 27.

Блок 14 коммутатора знака включает в себя усилитель 28 дифференциаль- 5 ный, соединенный выходом с выходом блока 14, связанного через первый резистор 29 с инверсным входом усилителя 28. Инверсный вход усилителя 28 соединен через второй резистор 30 с !О входом блока 14 коммутатора знака, к которому через третий резистор 31 подключен прямой вход усилителя 28 дифференциального. Прямой вход усили. теля 28 дифференциального соединен через четвертый резистор 32 и через параллельное соединение пятого резистора 33 и ключа 34 с общей шиной.

Вход управления ключа 34 соединен с входом управления блока 14. 20

Устройство работает следующим образом.

Формирователи 1 и 2 вырабатывают из входных сигналов устройства последовательности прямоугольных импульсов с длительностью Т и периодом повторителя 2Т (Т- период повторителя входных сигналов). Их выходные сигналы U„ и U . Блок 3 управления вырабатйвает два сигнала, получаемых логическим сложением на элементе ИЛИ 23 (U >) и логическим умножением на элементе 24 совпадения (О) ). Триггер б управляется положительным перепадом Н и отрицательным перепадом сигнала Ug4.

Длительность сигнала на выходе триггера б (ПЬ) равна Т, и его начало синхронизировано с началом ранее появляющегося сигнала на выходах формирователей 1 или 2. При наличии импуль40 са на выходе триггера 6 через схему

10 от генератора 11 на счетчик 7 проходят импульсы напряжения с постоянной частотой f

При изменении состояния триггера

6 счетчик 7 останавливается и сохраняет состояние до момента, пока U не обратится в ноль. При этом происходит сброс счетчика 7. Дифференцирующие цепи 4 и 5 вырабатывают короткие импульсы напряжения в моменты положительных периодов напряжений

U „и U соответственно. Если сигнал

U „появляется позже 01, то на выхо де элемента 25 совпадения — ноль, а на выходе элемента 26 совпадения есть импульсы. При изменении соотношения между моментами появления сигналов U „ и 1) 1 изменяется состояние триггера 27 (0 1)), характеризующее 60 знак разности фаз входных сигналов устройства.

Импульсы с выходов дифференцирующих цепей 4 и 5 служат командой на введение в блок 12 памяти числа, 65 отсчитанного в данный момент счетчиком 7.

При втором (из серии в два импульса) импульсе в блоке 12 памяти записывается число

n=f„„.Ñ (1) где — время между моментами начала сигналов U è U<,. f1„ — частота генератора 11..

Отрицательным перепадом сигнала

U< запускается формирователь 9, вырабатывающий импульс U< команды перезаписи. При этом в блок 13 памяти вводится сигнал с триггера 27, являющийся информацией о знаке разности фаз, из блока 12 памяти в память преобразователя 16 вводится число и из счетчика 7, с части его разрядов в

I память преобразователя 21 вводится число m определяемое выражением

m = й„. Т вЂ” С, (2) где С вЂ” постоянная величина.

Сигнал на выходе блока 13 памяти управляет знаком выходного сигнала блока 14 следующим образом. Напряжение на выходе блока 14 при разомкнутом ключе 34 описывается выражением

Rap (Ry +RE))-R q Rqg

НЗо (R q„+R И+Н ьЭ) где U„y — постоянное напряжение на выходе источника 15; 9 "3 31 ) р(1 сопротивление Резис» торов 29-33 соответ. ственно.

При замкнутом ключе 34 напряжение на выходе блока 14

R ao ° R

"4 U " R. (Н +R )

Если принять, йапрймер, что R <=

cL

30 31 И 33 (1+й. 1»., 1I -1 1+d -1

Ц1 =О 5 .,014,--015 — (5) Р 1 11Ф(1 1"11td, где А — число, выбираемое из конструктивных соображений.

Коммутация ключа 34 производится по команде, получаемой от блока 13 памяти. Следовательно, изменение . знака разности фаз вызывает изменение знака напряжения на выходе блока 14.

Напряжение на выходе преобразователя 16. описывается выражением

U1e=U 14 - ЛЬ (6) где ) ль — масшабный коэффициент преобразователя 16.

Напряжение на выходе усилителя 19 где U, - напряжение на выходе преобразователя

21;

924614

R16,R,R - сопротивление резисторов 18, 20 и 22 соответственно.

Напряжение на выходе преобразователя 21

U19 kq.1 (8) 5 где k < — масшабный коэффициент преобразователя 21.

С учетом выражений (6)-(8) получаем

Вяо

R .k %4.m

-U

+ Ra

Rщ

Напряжение на выходе сумматора 17 равно

)О (9) Формула изобретения

017 016

К О

4 % .YrL1 111 И. (12) то

16 П- 1

К -К

n A RQO

1Ы 11

Q., — < .т-ю

<1 то масшабные коэффициенты сумматора

17.

С учетом (9) получаем

К - — И п К - - .К щ

1 1-1 К 1< Ч-9. <1- . R

1В . И.

Если выполнить условие

Rgo Rgo

) »-

1Я

U П К17 Q. (13)

11 16

1 k „.m

Вgq

Представив в (13) выражения (1), (2) и (6), получаем

Если принять, что ао

ВЫ.k " В10) л

R %K KrL1 г, U»=U«k„. †. (16)

Так как величина Т пропорциональна 2Л и т йропорционально разности фаз М, то выражение (16) соответствует

U = -П k ° —, (17)

Ц

1Т 14 11 27

Условия (12) и (15) выполнимы и, следовательно, устройство измеряет разность фаз и формирует аналоговый сигнал, пропорциональный ее величине и имеющий соответствующий знак.

Точность устройства повышена за счет цифрового измерения длительности периода и времени запаздывания

6S и использование преобразователей цифра-аналог, технология и серийное изготовление узлов которых налажено.

Быстродействие устройства по сравнению с известными возрастает, так как результат измерения появляется сразу после окончания длительности периода и сохраняется до следующей команды на ввод числа в преобразователи цифра-аналог. Получение выходного знакопеременного сигнала позволяет испольэовать устройство в системах измерения крутящего момента и системах регулирования, что расширяет его область применения.

1. Инфранизкочастотный фазометр, содержащий два формирователя, выходы которых соединены через блок управления с соответствующими входами триггера, выход которого подсоединен к первому входу элемента совпадения, к второму входу которого подключен выход генератора, при этом выход элемента совпадения соединен со входом счетчика, а выходы последнего — с входами первого блока памяти, а также второй блок памяти и источник напряжения, о т л и ч а ю ц и и с я тем, что, с целью увеличения быстродействия и точности измерения, в него дополнительно введены два преобразователя цифра-аналог, сумматор,. блок знака, блок коммутации знака, усилитель, три резистора, третий

Формирователь и две дифференцирующие цепи, причем выходы

Формирователей через дифферен— цируюцие цепи подсоединены к соответствующим входам управления первого блока памяти и входом блока знака одновременно, а третий вход блока знака соединен с вторым выходом блока управления и входом третьего формирователя одновременно, а выход последнего соединен с входами управления второго блока памяти и преобразователей цифра-аналог, при этом два выхода блока знака подсоединены к соответствующим входам второго блока памяти, подключенного выходом к входу управления блока коммутатора знака, вход которого подсоединен к выходу источника напряжения, а выход через первый преобразователь цифра-аналогк первому входу сумматора и первому резистору одновременно, причем выход первого резистора соединен с входом усилителя, а последний — через резисторы с своим выходом второго преобразователя цифра-аналог одновременно, первый вход которого подсоединен к выходу усилителя, а остальные входы — к соответствующим выходам счетчика, кроме того, выход второго

924614

Фиг. t преобразователя цифра-аналог соединен с вторым входом сумматора, выход которого является выходом прибора, причем вход управления счетчика подключен к первому выходу блока управления, а выход первого блока па- 5 мяти - к соответствующим входам первого преобразователя цифра-анал г

2. о

Фазометр по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что блок управления включает в себя элемент ИЛИ и элемент ц совпадения, выходы которых являются выходами блока управления, а первые входы элементов так же, как и вторые входы, объединены и являются соответствующими входами блока управления. 5

3. Фазометр по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что блок знака включает в себя два элемента совпадения

1 выходы которых соединены с входами триггера, первые входы элементов 70 совпадения объединены и являются третьим входом блока знака, а вторые — первым и вторым входами блока знака.

4 Фазометр по п.1., о т л и ч а ющи и с я с я тем, что блок коммутации знака включает в себя дифференциальный усилитель, инверсный вход которого соединен через первый резистор с выходом усилителя и выходом блока коммутации знака, а через второй резистор с входом блока коммутации знака, с которым через третий резистор соединен прямой вход. усилителя, к которому подключен четвертый резистор, второй вывод которого соецинен с общей шиной через параллельно включенные пятый резистор и кпюч, вход управления которого соединен с входом управления блока коммутации знака.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Галахова О.П. и др. Основы фа,зометрии. Л., "Энергия", 1976, с. 140-141.

2. Авторское свидетельство СССР

9 351177, кл. G 01 R 25/08, 1972, 924614

"5

Составитель В.Рябцев

Редактор В.Петраш Техред С. Мигунова Корректор О.Билак

Закаэ 2809/62 Тираж 719 Подпи сн ое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул . Проектная, 4