Цифровой фазометр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советския

Социалистических

Республик

<щ983578 ф (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 19. 03.79 (21) 2737396/18-21

Р М К з с присоединением заявки М

С 01 В 25/08

Государственный комитет

СССР.по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (33) УДК 621. 317. .772.029(088.8) Опубликовано 23.12.82. Бюллетень Но 47

Дата опубликования описания 23. 12. 82

Е.Ф.Трифонов, Ю.A.Ñìàãèí, Н.П.СмирнСВа, и A.A.Ñòåêëoí

I. г

Пензенский завод-ВТУЗ при Заводе ВЗМ (Филиал

Пензенского политехнического. института) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ жЗОМЕТР

Изобретение относится к цифрово% электроизмерительной технике и может быть использовано в устройствах измерения сдвига фаз электрических сигналов низких и инфранизких частот с цифровым выходом.

Известны цифровые фазометры, содержащие блок функционального преобразования частоты по закону 1/t, где t — текущее время, блок формиро" вания временного интервала,. равного задержке исследуемого сигнала относительно опорного сигнала, и счет .чик результата 11 и t. 21.

Быстродействие таких .устройств определяется суммой периода измерения частоты исследуемого сигнала и периода измерения интервала времени, пропорционального сдвигу фаз, и является недостаточным.

Яаиболее близким к предлагаемому является цифровой фазометр, содержащий два генератора опорной частоты, электронные ключи, электронные ключи с элементом ИЛИ, блок управления,. формирователь импульсов и блок функционального преобразования частоты, выполненный из управляющего счетчика и двух двоичных умножителей, вход первого из которых соединен с выходом элемента ИЛИ, его выход подключен к входу второго умножителя, а его выход через электронный ключ соединен со счетным входом управляющего счетчика, установочный вход которого через формирователь импульсов соединен с управляющим входом первого электронного ключа и вьходом блока управления, при этом выход одного из генераторов опорной частоты через второй. электронный ключ, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления, подключен к одному из выходов элемента ИЛИ, а его другой вход через первый электронный ключ соединен с выходом генератора опорной частоты 3).

Работа этого фазометра основана на цифровом измерении в течение первого периода входного напряжения частоты неизвестного сигнала и последующем измерении сдвига фаз в течение второго периода входного напряжения, Таким образом,. недостатком такого устройства является необходимость использования для измерения сдвига фаэ исследуемого сигнала относительно опорного сигнала двух периодов исследуемого сигнала, что

983578 снижает быстродействие фазометра и вносит в результат .измерения динамическую погрешность.

Целью изобретения является повыиаение быстродействия цифрового фа зометра.

Цель достигается тем, что цифровой фазометр, содержащий генератор опорной частоты, делитель частоты, первый и второй электронные ключи, блок управления, формирователь импульсов (О и блок функционального преобразования частоты, состоящий из управляюще го счетчика и. двух двоичных умножителей частоты, причем установочный вход блока .функционального преобразо-15, вателя частоты через формирователь импульсов соединен с управляющим вхо дом первого электронного ключа и выходом, блока управления,,другой выход блока управления соединен с 20 управляющим входом второго электронного ключа, выход генератора опорной частоты соединен с входом первого электронного ключа и через 1 делитель частоты — с входом второ- 25

ro электронного ключа, снабжен управляемым делителем частоты, управляющий вход которого соединен.с выходом второго электронного ключа, сигнальный вход подключен к выходу перво- 30 го электронного ключа, а выход соединен с сигнальным входом блока функционального преобразования частоты.

На фиг.l представлена функциональная блок-схема предлагаемого цифро- З5 вого фазометра; на фиг.2 - временные диаграммы его работы.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 опорной частоты Ра, делитель 2 частоты и . 40 первый электронный ключ 3, причем выход генератора 1 подключен к входу второго электронного ключа .4, управляемый делитель 5 частоты, состоящий из управляющего счетчика 6, вспомогательного счетчика. 7 и соединяющих их элементов И 8, причем входы управляющего счетчика 6 и вспомогательного счетчика 7 подключены к выходам соответствующих электронных ключей 3 и 4,блок 9 функциональиого преобразования частоты, состоящий из управляющего счетчика. 10,умножителей

11 и 12 частоты, первый из которых связан с выходом вспомогательного счетчика 7 управляемого делителя 5 частоты, групп элементов И 13 и 14, входы которых подключены к выходам счетчика 10 и соответственно умножителей 11 и 12, и элементов ИЛИ 15 и 16, подключенных к соответствующим 60 группам элементов И 13 и 14, причем выход элемента ИЛИ 15 соединен с входом умножителя 12, а выход элемента ИЛИ 16 связан . с входом управляющего счетчика 10, блок 17 уп-. 65 равления, состоящий из триггера 18 с подключенными к нему формирователями 19 и 20, один выход которого подключен к первому электронному ключу 3, а другой — к второму электронному ключу 4 и через формирователь 21 импульсов к установочному входу счетчика 10 блока 9 функционального преобразования частоты.

Работа прибора основана на измерении в пределах одного периода

Т> интервала времени 7х между соседними переходами через нуль двух исследуемых напряжений, сдвиг фаз между которыми должен .быть измерен с последующим автоматическим преобразованием в течение времени Т -7> резульх тата измерения этого интервала в цифровой отсчет, представленный непосредственно в единицах измерения угла сдвига фаз (например, в .градусах или радианах), путем моделирования гиперболической зависимости Vy= Wy/Tg.

Фазометр работает следующим образом.

Генератор 1 опорной частоты вырабатывает импульсы с частотой

Р = — (диаграмма 22, фиг.2), коО торые поступают на вход-электронМого ключа 4 и через делитель 2 частоты на вход электронного ключа 3. При этом частота сигнала на выходе делителя 2 частоты равна Ро/wt, где m — коэффициент деления делителя 2 частоты;

B моменты прохождения напряжений

П)(и Бо через нуль (диаграммы 24 и 25) формирователи 19 и 20 управляющих импульсов блока 17 управления выдают управляющие импульсы (диаграммы 26 и.27), которые поступают на триггер 18. С приходом очередного импульса исследуемого сигнала Up срабатывает триггер 18 и с его единичного выхода-снимается сигнал на открытие по управляющему входу ключа 3, а с нулевого выхода — на закрытие ключа 4. Одновременно с этим формирователь 21 выдает два сдвинутых во времени импульса: по первому импульсу длительностью Цс» Т (диаграмма 30) осуществляется перепись содержимого счетчика 10 во внешний регистр и сброс в нулевое состояние счетчика

6 а по второму импульсу длительностью (»<ТО (диаграмма 31) производится запись по установочному входу в счетчик 10 числа N, пропорционального максимальному значению измеряемого сдвига фаз f .

Через открытый ключ 3 импульсы генератора 1 опорной частоты через делитель 2 начинают поступать в счетчик 6. При поступлении импульса опорного сигнала UO срабатывает триггер 18. При этом ключ 3 закрывается, а по управляющему входу ключ

983578

4 открывается. Таким образом, В течение одного периода Т исследуемого напряжения 0 (ключ 3 открывается на интервал 2 с (диаграмма 28), а ключ 4 - на интервал T - Гк (диаграмХ ма 29) ° - С приходом следующего импульса напряжения П триггер 18 вновь изменяет свое состояние, и процесс измерения повторяется.

Число импульсов М, подсчитанное счетчиком 6 за интервал х, равно м а(р

F (1) где m — коэффициент деления делителя 2 частоты.

При открытии ключа 4 в течение . времени Tg импульсы с генератора 1 с частотой Fo поступают на сигнальный вход вспомогательного счет- чика 7. управляемого делителя 5. Импульсами переполнения вспомогательного счетчика 7 делителя 5 обратный код счетчика 6 через элементы И 8 переписывается в счетчик 7. Таким образом, на выходе управляемого делителя 5 формируются импульсы пере полнения (диаграмма, 23) с частотой

l Fà ю

4 Tg И или с учетом выражения (1)

F А

F m m (2)Fo+i

Импульсы частоты Р(Поступают на сигнальный вход двоичного счетчика первого двоичного умножителя 11 частож. Выходные сигналы триггеров счетчика 10 управляют потенциальными входами двух групп элементов И 13 и 14 блока 9 функциональногр преобразования частоты. Выходные сигналы триггеров двоичного умножителя 11° поступают на импульсные входы элементов И 13. При совпадении обоих сигналов на входах элементов И на их выходах появляются сигналы, которые проходят через первый элемент

ИЛИ 15 на сигнальный вход двоичного умножителя .12 частоты и через элемент

ИЛИ 16 на вычитание на управляющий счетчик 10. Состояния элементов и 13 и 14 и, следовательно, суммарную частоту на выходе элементов И 13 и 14 задают состояния триггеров счетчика 10 и двоичных умножителей ll и 12 блока 9. При этом триггер самого старшего разряда счетчика 10 управляет,элементами И,, на которые по- даются сигналы от триггеров самых младших разрядов двоичных умножителей блока 9. Суммарная-частота с выхода первого двоичного умножителя 11 частоты равна

F (t) = ИХ2. Р, (3)

Ncv где N(t) — текущее значение числа в счетчике 10;

N -. - числовая емкость управляющего счетчика 10, перСч. вого и второго умножителей 11 и 12 частоты.

Суммарная частота с выхода второго двоичного умножителя 12 частоты равна

30 F () =R -„ ()

Ngq + или с учетом выражения (3) (t) = — F4

ИЯ., (4)

Ng .4

$5 Импульсы частоты F2 (t) поступают в управляющий счетчик 10 на вы« читание. Текущее значение числа N(t) .в счетчике 10 определяется так

20 YN(t) = N. — JF ()dt. (5)

Решая выражения (4) и.. (5) относитель. но текущего времени, получим, что частота на, входе .,счетчика 10- изменяется во времени по закону и сч или, учитыва выражение (2), (6)

ЗО На диаграмме 29 (фиг. 2) проиллюстрирован закон изменения частоты

F (t) = 1/Т» (t) В теЧение интервала времени Т - ГХ.

4.

Число N(T@) в счетчике 10 к мо35 менту окончания периода исследуемого напряжения определяется выражением тх

N(T )= N -Х F ()dt. х . ц.

40 Преобразование этого выражения с

;учетом выражения (6) показывает, чтo при Р

Н(Т ) = И -) -, И .Т, т.е. к концу периода исследуемого сигнала Число в счетчике 10 пропорционально измеряемому сдвигу фаз к .

Таким образом к концу каждого периода исследуемого напряжения .в счетчике 10 формируется число, пропорциональное сдвигу фаз между исследуемым и опорным сигналами.

При соответствующем выборе числа N результат измерения может быть пропорционален сдвигу фаз непосредственно в градусах или радианах.

Предложенное устройство может использоваться в качестве лабораторного. измерительного прибора, а также в качестве блока в цифровых системах обработки информации и автоматического контроля и может быть выполнено на основе обычных, большей частью унифицированных узлов

65 и элементов дискретной техники .

983578

В таком устройстве уменьшается время измерения сдвига фаз до одного периода исследуемого сигнала. В результате этого снижается динамическая погрешность измерения сдвига фаз и расширяется диапазон исследуемых частот, что увеличивает сферу. применения фазометра.

Формула йзобретения

Цифровой фазометр, содержащий генератор опорной частоты, делитель частоты, первый и второй электронные ключи, блок. управления, формирователь импульсов и блок функциональ ного преобразования частоты, состоящий иэ управляющего счетчика.и двух двоичных умножителей частоты, причем установочный вход блока функционального преобразователя частоты через формирователь импульсов соединен с управляющим входом первого электронного ключа и выходом блока управления, другой выход блока управления соединен с управляющим входом второro электронного ключа, выход генератора опорной частоты соединен с входом первого электронного ключа и через делитель частоты — с входом второго электронного ключа, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия, он снабжен управляемым делителем частоты, управляющий вход которого соединен с выходом второго электронного ключа, сигнальный вход подключен к выходу первого электронного ключа, а выход соединен с сигнальным входом блока функционального преобразования частоты. . с

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

3Q М 368554, кл. G 01 R 23/10, 1973, 2. Авторское свидетельство СССР

Р 372681, кл. Н 03 К 13/20, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР

25 Р 373647, кл. G 01 R 25/04, 1973 (прототип).

983578

Составитель И.Горелова

Редактор И.Николайчук Техред И.Тепер Корректор A,Ãðèöåíêo

Заказ 991?/52 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,-д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4