Коммутационный преобразователь фаза-код

Коммутационный преобразователь фаза-код

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных и управляющих системах для измерения фазовых сдвигов электрических сигналов. Коммутационный преобразователь (КП) фаза - код содержит электронные ключи -1,2,4, формирователь 3, одновибраторы 5,6,13, опорный канал 7, измерительный канал 8, ячейку ИЛИ 9, элемент И-НЕ 10, триггер 11 управления, элементы И 12, 16, 18, инвертор 14, триггер 15 измерения периода, счетчики 17, 19, генератор 20 квантующих импульсов. Изобретение расширяет функциональные возможности КП за счет фазы сложных сигналов , повышает достоверность и уменьшает собственные методические погрешности. 3 ил. (Л оо оо сд 00 со со Фи2.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 G 01 К 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К .А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3926982/24-21 (22) 12.07.85 (46) 07.09.87. Бюл. № 33 (72) М. Н. Измайлов и А. В. Фролов (53) 621.317.77 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 708256, кл. G Ol R 25/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР № 721766, кл. G 01 R 25/00, 1977. (54) КОММУТАЦИОННЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ФАЗА — КОД (57) Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных и управляющих системах для измерения фазовых

„„SU„„1335893 А 1 сдвигов электрических сигналов. Коммутационный преобразователь (КП) фаза — код содержит электронные ключи .1,2,4, формирователь 3, одновибраторы 5,6,! 3, опорный канал 7, измерительный канал 8, ячейку ИЛИ 9, элемент И вЂ” HE 10, триггер 11 управления, элементы И 12, 16, 18, инвсртор

l4, триггер 15 измерения периода, счетчики

17, 19, генератор 20 квантующих импульсов.

Изобретение расширяет функциональные возможности КП за счет фазы сложных сигналов, повышает достоверность и уменьшает собственные методические погрешности.

3 ил.

1335893

Изобретение ОтнОсится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных и управляющих системах для измерения фазовых сдвигов электрических сигналов.

Пель изобретения — расширение функ- циональных возможностей за счет обеспечения измерения мгновенного значения фазы сложных сигналов, повышение достоверности и умень1пение собственной методической погрешности.

На фиг. изображена функциональная схема преобразователя; на фиг. 2 и 3 временные диаграммы работы функциональных узлов.

Преобразователь содержит электронные ключи 1 и 2, информационный вход первого соединен с входной шиной U«, а информационный вход второго — с входной шиHoH !. uw преобразователя, выходы обоих ключей соединены с входом формирователя

3, выход которого -.îå,äèíåí с информационным входом непосредственно и с управляющим входом электронного ключа 4 через последовательно соединенные одновибраторы 5 и 6, выход ключа 4 соединен с входами опорного канала 7 и измерительного канала 8 в ячейке ИЛИ 9, выходы обоих каналов соединены с входами элемента

И -HE: 10, выходом соединенного с входом триггера 11 управления, прямым выходом соединенного с управля 1им входом ключа

2, входом измерительного канала 8 и пходом элемента И 12, а инверсным выходом —— неносредственно с управля1ОН1им входом кл1оча 1 и входом опорного канала 7, 3 через одновибратор 13 — с другим входом опорного канала 7. выход опорного канала

7 через инвертор 14 соединен с входом триггера 15 измерения периода, прямой выход которого через последо вател ьно соеди не нные э.тементы И 12 и 16 соединен с входом счетчика 17, а .ерез элемент И 18 - с входом счетчика 19, выход генератора 20 квантук>щих импульсов соединен с входами элементов И 6 и 18.

Устройство работает следующим ооразом.

Входные напряжения U«, Uым, фазовый сдвиг у между которыми измеряется. подак>тся на электронные ключи 1 и 2, которые вместе с электронным клк>чом 4 могут

6hlTb выпо;1нены 33 интегР31bHblx KoMixl jT3торах, ключах, управляемых непосредственно от интегральных схем.

В исходном состоянии триггер 15 изме1>oIlèÿ периода и триггер 11 управления н3ходят< я в положении «0», т.е. на прямом выходе — низкий потенциал, на инверсном

B bI X O3 E . - -- n bI CO K H H I I oT P H I I H 3.iI, Н 3 основном выходе одновибратора 6 — низкий потенциал, на. инверсном выходе одновибратора

13 — высокий 1ютенциал. Благодаря исходным сигналам с устройств 6, 13 и 11 ключ

1 замкнут, ключи 2 и 4 разомкнуты, на управляющих входах ячейки ИЛИ 9 следующие сигналы: разрешение в опорном канале 7, запрет в измерительном канале 8.

Сложный опорный сигнал U«через ключ поступает на вход формирователя 3, который представляет собой нуль-орган, форм ирующий импульсы по моментам переходов через нуль входного сигнала. Сформированные импульсы поступают на два последовательно соединенных одновибратора 5 и 6, выполняк>щих функцию первоначальной синхронизации и выполненных на интегральных одновибраторах с повторным запуском. По первому отрицательному фронту входного импульса с выхода формирователя 3 после момента подключения на выходе одновибратора 5 формируется импульс с переменной длительностью, зависящей от количества периодов высокочастотных колебаний в пачке входного сигнала с момента подключения, за счет повторного запуска этого одновибратора с собственной регулируемой длительностью задержки этими высокочастотными импульсами. Длительность задержки 1,, выбирается элементами

21 и 22 из условия

2Т „(%,(т" где ÒI>„— максимальный период высокочастотн ы х колеб>а н и и в сложном входном сигнале;

7„„„— минимальный период огибающей входного сигнала.

По отрицательному фронту выходного импульса с одновибратора 5 запускается одновибратор 6, на выходе которого формируется импульс с переменной длительностью, зависящ и от количества периодов огибающей сложного входного сигнала с момента подключения до окончания измерения, за счет повторного запуска этого одновибратора с собственной регулируемой длительностью задержки входными импульсами, сформированными одновибратором 5. Длительность задержки Q выбирается элементами 23 и 24 из условия

L > Тнакс., где Т„», — максимальный период огибающей входного сигнала.

Сформированный импульс с выхода одновибратора 6 включает электронный ключ

4. Таким образом, ключ 4 включается благодаря свойству одновибратора 5 только при равенстве:1улю огибающей сложного входного сигнала, обеспечивая тем самым прохождение сигналов на ячейку ИЛИ 9, собранную на трех элементах И вЂ” HE, начиная с первого импульса из серии, что соответствует началу измерения по первому фактическому переходу через нуль входного опорного сигнала с положительной Ilpo1335893 изводной. Далее ключ 4 держится замкнутым благодаря свойству одновибратора 6 до окончания измерения, т.е. до исчезновения импульсов на выходе формирователя 3.

Временные диаграммы работы функциональных узлов, обеспечивающих первоначальную синхронизацию (фиг. 1) представлены на фиг. 2, где t„ t — соответственно момент подключения сигналов к устройству и момент начала измерения; „, — соответственно длительности задержки одновибраторов 5 и 6; U>,U,, U, — соответственно сигналы на выходах формирователя 3 и одновибраторов 5 и 6.

Первый импульс из серии опорного сигнала проходит через электронный ключ 4, опорный канал 7, инвертор 14 на триггер

15 измерения периода, а также через элемент И вЂ” HE 10 на триггер 11 управления.

Триггеры 11 и 15, выполненные на интегральных схемах, изменяют свое состояние на «1», чем начинается формирование интервалов времени, соответствующих периоду входных сигналов и фазовому сдвигу на входах элементов И 12 и 18. Изменение состояния триггера 11 управления означает переключение управляющих сигналов: происходит замыкание ключа 2, размыкание ключа 1, подается разрешение на измеригельный канал 8, запрет на опорный канал

7, отрицательным фронтом управляющего сигнала с инвертируюшего выхода запускается одновибратор 13, выполненный на интегральной схеме одновибратора, обеспечивающий обработку сложного сигнала в опорном канале 7, куда подается дополнительный запрет.

Сложный измеряемый сигнал проходит через ключ 2, формирователь 3, ключ 4 и первый импульс из серии проходит через измерительный канал 8, элемент И вЂ” НЕ 10 на вход триггера 11 управления. Триггер

11 управления изменяет свое состояние на

«О», чем заканчивается формирование интервала времени, соответствующего фазовому сдвигу на входе элемента И 12. Изменение состояния триггера 11 означает переключение управляющих сигналов: происходит замыкание ключа 1, размыкание ключа 2, подается запрет на измерительный канал 8, разрешение на опорный канал 7.

Несмотря на замкнутые ключи 1 и 4 и поданное разрешение на опорный канал 7 импульсы опорного сигнала из предыдушей серии не поступают на вход ячейки ИЛИ 9, так как одновибратор 13 блокирует опорный .канал 7 за счет дополнительного запрета на время собственной регулируемой задержки. Длительность задержки выбирается элементами 25 и 26 из условия

Т макс

30

55 где T, — максимальный период входного сигнала.

Выбранная задержка обеспечивает обработку сигнала в октавном диапазоне частот.

Таким образом, за счет двойного управления опорным каналом 7 суммарный сигнал разрешения на опорный канал вырабатывается только при равенстве нулю огибающей входного сигнала и при наличии разрешения с триггера 1! управления, чем исключается возможность ложных срабатываний триггера - 11 управления по последующим импульсам из серии и ложных срабатываний триггера !5 измерения периода в случаях, когда < меньше измеряемого временного сдвига фаз.

Первый импульс из последующей серии опорного сигнала проходит через опорный канал 7, инвертор 14 на вход триггера 15 измерения периода, а также элем ilT 11 11Е

10 на вход триггера 11 управления. Тр«д гер

15 изменяет свое состояние на «0», им заканчивается формирование HHl р м 1«нр мени, соответствующего периоду входных сигналов на входе элемента И 18. Триггер

11 изменяет свое состояние на «!» и 13«оН1> происходит переключение управляюгцих си на лов.

Аналогично сложный измеряемый сигнал проходит через устройства 2 — 4 и 9 на три гер 11 управления, изменяет его состояние на «О», переключает управляющие сигналы, т.е. возвращает преобразователь фаза — код в исходного состояние.

Повторного формирования интервала времени, соответствующего фазовому сдвигу на входе элемента И 12, не происходит, так как этот элемент управляется от прямого выхода триггера 15 измерения периода, который блокирует его после однократного замера интервала времени, соответствуюшего периоду входных сигналов, и снимает блокировку с началом нового цикла измерения. Стабильные высокочастотные колебания от генератора 20 квантующих импульсов, который может быть выполнен на логических интегральных схемах с кварцевой стабилизацией частоты, поступают через элементы И 16 и 18, на входах которых присутствуют сформированные триггерам и 11 и 15 интервалы времени, на двоичные счетчики импульсов 19 и 20, где происходит подсчет и запоминание импульсов, соответствующих периоду и фазовому сдвигу.

Временные диаграммы работы функциональных узлов (фиг. 1) представлены на фиг. 3, где — длительность задержки одновибратора 13; Б,», U;, — соответственно сигналы на прямом и инверсном выходах триггера 11 управления; U — сигнал на выходе одновибратора 13 U„, Ц,. соответственно сигналы на прямом и ин1335893

Формула изобретения ч = — — 360, = H„ р 1гн

1 1т версном выходах триггера 15 измерения периода; V®, V — соответственно сигналы на выходах элементов И 16 и 18.

На выходе предлагаемого преобразователя имеется параллельный двоичный код измеренного фазового сдвига и периода, время измерения составляет один период входных сигналов (1Т) . Полученный код в дальнейшем снимается вычислительным устройством (ЭВМ, микрокомпрессор) по сигналу «Разрешение записи» («Р.3.»), сформированному триггером 15 измерения периода. Сигнал «Р.3,» формируется по окончании подсчета импульсов в счетчиках 17 и 19, его длительность равна 1Т. Время, равное 1Т, достаточно вычислительному устройству для проведения необходимых подсчетов и индикации полученных результатов. Таким образом, полное время цикла

«измерение — обработка» составляет 2Т.

Вычисление осуществляется по формуле где 1 — число импульсов, зарегистрированных счетчиком, соответствующих фазовому сдвигу;

11 — число импульсов, зарегистрированных счетчиком, соответствующих периоду входных сигналов.

Возможно осуществление вычисления частоты F входного сигнала по формуле где f „— частота генератора квантующих импульсов.

Преобразователь может использоваться для построения быстродействующего автоматизированного измерителя фазочастотных параметров, предназначенного для проведения статического и в первую очередь динамического контроля существенно переменных во времени сигналов как простых или сложных, так и их комбинаций с основной погрешностью не более 0,1.

Цифровой фазометр НФ вЂ” 32, применяемый в измерительной технике для статического контроля, предназначен для измерения сдвига фаз между двумя синусоидальными или двумя радиоимпульсными сигналами с основной погрешностью не более 0,5 и временем измерения от 0,1 до

1 с.

По сравнению с промышленным прибором НФ вЂ” 32 новый измеритель фазочастотных параметров, построенный на основе коммутационного преобразователя, обладает при равных пределах измерения (О...

360 ) и диапазоне входных сигналов (0,1...

1ОВ) значительно меньшей погрешностью измерения (не более О,1 ), высокой достоверностью, максимал ьным быстродействием

55 (измеритель мгновенных значений), возможностью работать с различными сложными сигналами или их комбинацией с простыми, большими возможностями автоматизации за счет исключения калибровочных и настроечных операций, возможностью проведения статического, динамического контроля, статической обработки результатов. Эти свойства позволяют давать наиболее объективную оценку объекта контроля и применять прибор для решения задач, использующих фазочастотные принципы, при этом информационно-измерительные системы освобождаются от дополнительного оборудования и линий связи, увеличивается их надежность, эффективность, экономичность.

Коммутационный преобразователь фаза — код, содержащий первый и второй электронные ключи, информационные входы которых соединены с входными шинами преобразователя, а управляющие входы — с прямым и инверсным выходами триггера управления соответственно, выходы обоих ключей соединены с входом формирователя, генератор квантующих импульсов, выходом через элемент И соединенный с входом счетчика, выходы которого являются выходами преобразователя, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения измерения мгновенного значения фазы сложных сигналов, повышения достоверности и уменьшения собственной методической погрешности, в него введены третий электронный ключ, три одновибратора, ячейка ИЛИ, инвертор, триггер измерения периода, два элемента И и второй счетчик, причем выход формирователя соединен с информационным входом непосредственно и с управляющим входом третьего электронного ключа через последовательно соединенные два одновибратора, выход третьего электронного ключа соединен с входом ячейки ИЛИ, выходом соединенной с входом триггера управления, прямым выходом соединенного с вторым входом ячейки ИЛИ и входом второго элемента И, а инверсным выходом — непосредственно с третьим входом ячейки ИЛИ, а через третий одновибратор — с четвертым входом ячейки ИЛИ, второй выход которой через инвертор соединен с входом триггера измерения периода, прямой выход которого через второй вход второго элемента И соединен с вторым входом первого элемента И, а через третий элемент И соединен с входом второго счетчика, выходы которого являются выходами преобразовате. я, выход генератора квантующих импульсов соединен с вторым входом третьего элемента И.

1335893 акоп

V3

Vî

V/ гб

Ьв

Puz. 7

Составитель С. Кулиш

Редактор С. Пекарь Техред И. Верес Корректор А. Зимокосов

Заказ 3800/39 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4!5

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