Цифровой фазометр

Цифровой фазометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ () ))798622

Союз Советских

Социалистических

Республик (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 14.05. 79 (21) 27658 15/18-21 с присоединением заявки )ее (23) Приоритет

Опублккованю23.01.81. Бюллетень лв 3

Дата опубликования описания 26.01.81

Ъ (5l)M. Кд .

G 01 8 25/00

Веулеретееиный кеетвтет

СССР ао делам изобретений н Рпщытнй (53) УДК 621,317.. 7 7(088.8) (72) Авторы изобретения

О. M. Йерфель и М. 13. Хохряков (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназн. чено для измерения среднего (за постоянное время измерения) угла сдвига фаз между двумя синусоидальными напряжеР 5 ниями или между двумя последовательностями электрических импульсов.

Фазометрам с постоянным временем измерения присуща низкочастотная погрешность дискретного преобразования 6>, 10 обусловленная некратностью периода исследуемого напряжения и времени измерения фазометра. а также,случайным расположением моментов начала и окончания времени измерения T>>+ по отношению к пачкам импульсов Тс .

Известны цифровые фазометры среднего значения сдвига фаз, в которых ослабление низкочастотной погрешности достигается- путем изменения частоты квантующих импуль сов, причем она изменяется по зависимости, симметричной относительно середины временного интервала

Ти,д,. В результате уменьшается "вес пачек счетных импульсов, совпадающих с начальной и конечной областью интервала Ти, . Недостатком устройства является схемная сложность н высокие метрологические требования к узлам, обеспечивающим неооходимую точность реализации закона изменения квантующей частоты (1).

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой фазометр среднего значения сдвига фаз, принцип действия которого основан на измерении интервала времени ВТЧ), пропорционального, фазовому сдвигу g, путем его квантования и подсчета числа кваитующих импульсов (с периода следования ТсЧ )эа несколько периодов,. исследуемых напряжений в течение постоянного, времени измерения Т е $2).

Недостатком известного. устройства является наличие ниэкочастотнй составляющей погрешности дискретного преобразованияя.. 3 7936

Целью изобретения является повышение точности измерения среднего значния угла сдвига фаз между исследуемыми сигналами за счет снижения низкочастотной погрешности дискретного преобразования.

Йля достижения поставленной цели в устройство, содержащее gea формировате. ля импульсов, подключенных через фазовый дискриминатор к одному из входов квантуюшего элемента И, второй вход которого соединен с синхронизируюшим выходом блока управпения, чей управляюший выход через первый вход регистрируюшега г элемента И подключен к счетчику резупьтата введен блок равномерного распределения импульсов в цикле измерения, состояший из последовательно включенных блока удлинения временного интервала, ограничителя н р жения, преоЬразовате20 пя напряжение-частота и раздепитепьного элемента И, а также из двух счетчиков, двух групп вентилей, регистра и блока анализатора "0", причем разрядные выходы первого счетчика соединены с разрядными входами второго через последоватепьно включенные первую группу вентилей, регистр и вторую группу вентилей, первый KOMBHElHbIH выход блока управления соединен со вторым входом

30 первой группы вентипей, а второй командный выход — со вторым входом второй группы вентипей, при этом выход второго счетчика через блок анапизатора "0" соединен со вторым входом раздепитепьного элемента, а вход блока. удлинения времен- ного интервала соединен с выходом фазового дискриминатора, счетный вход первого счетчика — с выходом квантующего элемента. И, а выход разделительного элемента И соединен со счетным

40 входом второго счетчика и со вторым входом регистрирующего элемента И.

На чертеже представпена блок-схема .устройства.

4S

Устройство содержит формирующие устройства 1 и 2, фазовый дискриминатор

3; блок 4 управления, элемент И 5 блок

6 равномерного распределения квантуюших импупьсов пачки на период исследу50 емого сигнала, блок 7 увеличения длительности входного импульса на. время, равное периоду следования квантуюших импульсов, блок 8 нормализации амплитуды входного импульса и выделения среднего значения нормализованного нап ряжения, преобразователь . 9 напряжениечастота", элемент И 10, счетчики 11 и

12 измерения количества импупьсов в пач

22 4 ке, группы 13 и 14 вентилей, регистр

15, блок 16 анализатора О, элемент

И 17„ счетчик 18 результата, синхронизируюшие вход 19 и выход 20 блока управпения, соответственно первый— третий 21-23 командные выходы блока управпения, первый 24 и второй 25 входы устройства.

Первый и второй входы 24 и 25 фазометра подключены ко входам соответствуюших формирующих устройств 1 и 2 выходы которых соединены со входами фазового дискриминатора 3, чей выход соединен с первым входом двухвходового элемента И 5, входом блока 7 и синхронизируюшим входом 19 схемы 4 управления. Синхронизируюший выход 20 схемы

4 управления связан со вторым входом элемента И 5. Выход блока 7 через блок

8 соединен со входом преобразователя 9

"напряжение-частота" выход которого со единен с первым входом двухвходового элемента И 10.

Выход элемента И 5 соединен со счетным входом счетчика 11, разрядные выходы которого через группу 13 вентипей связаны с разрядными входами регистра 15, разрядные выходы которого через группу 14 вентилей соединены с разрядными входами счетчика 12.

Выход элемента И 10 соединен со счетными входом счетчика 12 и вторым входом двухвходового элемента И 17. Выход счетчика 12 через блок 16 анализатора "0" связан со вторым входом элемента И 10. Выход элемента И 17 связан со. счетным входом счетчика 18, резупьтата. Первый, второй и третий командные выходы 21-23 схемы 4 управпения соединечы соответственно с управпяюшими вхошми групп 13 и 14 вентилей и первым входом двухвходового элемента И 17.

Основной принцип работы предлагаемого устройства заключается в тлм, что в уста совившемся режиме работы с помо- щью схемы 6 обеспечивается равномерное распрепепение импульсов пачки в пределах всего периода исследуемого сигнапа, в результате чего временной интервал Ти р, квантуется практически;ровно-о стоящими импульсами. За счет этого осуществляется снижение низкочастотной погрешности измерения угла сдвига фаз.

Устройство работает спедуюшим образом.

1рмируюшие устройства 1 и 2 вырабатывают прямоугольные импульсы, временной сдвиг и Тц между которыми

Ь 7986 пропорционален фазовому сдвигу ч между входными сигналами. Поступившие на входы фазового дискриминатора 3 импульсы преобразуются им в последовательность прямоугольных импульсов с длительностью дТц, и периодом, равным периоду входных сигналов Т.

Блок 7 вырабатывает последовательности прямоугольных импульсов того же периода, но увеличенной длительности

ЬТт =

Блок 8 осуществляет последовательно следующие пре обр азован ия: а) нормализацию амплитуды импульсов, д т.е. ограничение максимального и минимального напряжения импульсов на некоторых значениях О „,акс, О д н б) выделение (на фильтре нижйих частот) постоянной составляющей нормали- та зованного напряжения

uùìH(1 + Максд т

ПОСТ T (8) или М+ 1.

Из (6) и (7) найцем дТ + T д (ь

=%+4,= T +(+ ;И)

Т туч

Число У является результатом квантования временного интервала дТ периодом

Тсч причем АТ и ТсЧ некратны, и дТ случайным образом(расположено по отношенню к импупьсам Тсч.

Используя (9), получим, что Тсч

"уложится в интервал АТЬ (k -1) раз.

К- = -1-,= (» -«- 8o)

Тсч 1 сч (. откуда (учитывая, что 0 < с(< 1) 22 6 вателя 9 (за время Т) и число импульсов в пачке, найдем связь между Х и У.

Так как начало временного интервала

Т несинхронизировано относительно последовательности импульсов Т на первый вход элемента И 10 поступйт либо М, либо М+1 импульсов, т.е. или М;

Х = поступающей на вход преобразователя—

9 "напряжение-частота" с характеристи- кой вида

ПН 4 1 8< (3) me К,(— коэффициент пропорциональности

Учитывая (1), (2) и (3), получим с.нк 1((макс мин1

35. с ч+1 сч

Выбрав значение К из условия

40 к сч

У л макс мин сч макс мин ®

K f т= = — : мм, Т (%+А)Тп.н ч НМ AH 4

55 где М вЂ” целая часть числа K.. (М = 3k );

ck. — дробная часть К (т.е. 0 < 2 с 1).

Обозначив через Х и У соответственно число импульсов на выходе преобразовыражение (4) примет вид

4S

За время Т на выходе преобразователя

9 сформируется К периодов частоты (учитывая, что частота входного

56 п.н. ч сигйала и Хп н ч независимы). или М; или М-1. (11), Из выражений (8) и (11) следует, что эа один период квантования дТ число импульсов, формируемых на выхoge преобразователя 9, или равно, или не более чем на два нмпульса больше, чем число импульсов в пачке. Этим исключается потеря хотя бы одного импульса при их подсчете в счетчике 18.

Счетчик 11 регистрирует число импульсов, содержащихся в каждой пачке, поступающей с выхода элемента И 5. По заднему фронту импульса дТ с первого командного выхода 21 блока 4 управления на группу 13 вентилей. поступает импульсный сигнал, осуществляющий пере п ись кода сче тчика 1 1 в регистр 1 5, По переднему фронту импульса дТ< на втором командном выходе 22 блока 4 управления формируется сигнал, поступающий йа группу 14 вентилей, по которо-. му код.иэ регистра 15 переписывается в счетчик 12. При коде, отличном от нуля, на выходе блока 16 анализатора 0" образуется: разрешающий; потенциал, поцаваемый на второй вход элемента И 10, и импульсы преобразователя 9 через элемент И 10 п<и:тупаюФ одновременно на вход вычитающего счетчнка 12 и на вход суммирующего счетчяка 18 результата

7 7988 (через элемент И 17, на первый вход которого с третьего командного выхода

23 схемы 4 управления подается разрешающий потенциал на время измерения

-T j. По окончании Тц А элемент И 17 закрывается. Число, полученное в счетчике 18, результата, пропорциональное среднему углу сдвига фаз между исследуемыми сигналами.

Таким образом, число импульсов, пос- !й. тупаюших на счетчик 18 в каждом периоде квантования ЬТ, равно числу импульсов в пачке, подсчитываемых счетчиком 11. При этом частота поступления. импульсов в счетчик 18 существенно ниже;!З чем частота импульсов в пачке, в результате чего импульсы, поступающие в счет- чик 18, распределяются практически равномерно в течение всего интервала времени измерения. Поэтому введение.в схему-. 20 цифрового фазометра блока равномерного распределения импульсов в цикле измерения обеспечивает снижение низкочастотноМ погрешности дискретного преобразования и повышение.точности измерения. 2S

Предлагаемое устройство может быть использовано в народном хозяйстве со значительным экономическим эффектом за счет значительного повышения точности измерения фазового сдвига. 30

Формула изобретения

Цифровой фазометр, содержаший два Зя формирователя импульсов, подключенных через фазовый дискриминатор к одному из входов квантующего элемента И, второй вход которого соединен с синхрониэирующим выходом блока управления, чей управ 4щ ляющий выход через первый вход регистрирующего элемента-И подключен к счетчику результатов, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности измерения среднего значения угла сдвига фаз за счет снижения низкочастотной погрешности дискретного преобразования, в него введен блок равномерного распределения импульсов в цикле измерения, состоящий.из последовательно включенных блока удлинения временного интервала, ограничителя напряжения, преобразователя напряжение-частота и разделительного элемента И, а также из двух счетчиков, двух групп вентилей, регистра и блока анализатора "0", причем разрядные выходы первого счетчика соединены с разрядными входами второго через последовательно, включенные первую группу вентилей, регистр и вгорую группу вентилей, первый командный выход блока управления соединен со вторым входом первой группы вентилей, а второй командный выход — со вторым входом второй группы вентилей, при этом выход второго счетчика через блок анализатора "О" соединен со вгорым входом разделительного элемента И, а вход блока удлинения временного интервала соединен с выходом фазового дискриминатора, счетный вход первого счетчика — с выходом квангующего элемента И, а выход разделительного элемента И соединен со счетным входом второго счетчика. и со вторым входом регистрирующего элемента И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Смирнов П. Т. и Мурашов О. В.

Сокращение времени измерения цифровых фазомегров.— Вопросы радиоэлектроники", 1969, Серия РТ, вып. 4, с, 18-.22.

2. Орнахтский П. П. Авгомагические измерительные приборы, Вища школа", 1971, с. 420 (прототип).