Цифровой фазометр для измерениясреднего значения сдвига фаз

Цифровой фазометр для измерениясреднего значения сдвига фаз

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПHCAVHE

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ

Союз Советсиик

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву

Р м К 3

G 01 R 25/08 (22) Заявлено 05D329 (2ll) 2734215/18-21 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 230381 Бюллетень Ио 11

Дата опубликования описания 2393/1 (53) УДК 821. 317. .77(088.8) В, В. Дюняиев, A. Д. Зеня и В. E. pea. (72) Авторы изобретения (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО

ЗНАЧЕНИЯ СДВИГА ФАЗ

Изобретение относится к инфор мационно-измерительной технике, в частности к фазовым измерениям, н может быть использовано для измерения среднего значения сдвига фаэ междву двуя периодическими сигналами.

Известен цифровой фазометр для измерения серднего значения сдвига фаз (цифровой фазометр с постоянным временем измерения), содержащий формирую.щие устройства, триггеры, логические элементы И, генератор квантующих импульсов, счетчик импульсов и делитель частоты (1) .

Недостатком таких фаэометров явля- 15 ется недостаточная точность, обусловленная двумя методическими погрешностями: высокочастотной и низкочастотной погрешностями дискретного преобразования. 20

Известен также цифровой фазометр для измерения среднего зна-.ения сдвига фаэ, работающий на принципе совпадения регулярных импульсных последовательностей, содержащий 25 ключи, формирователь импульсов,триггер, коммутатор, логическую схему И, линии задержки, сйему запрета, генератор, счетчик периодов н счетчик квантующнх импульсов 21 . 30

Недостатком известного фаэометра является малое быстродействие, обус" ловленное необходимостью ожидания первого совпадения импульса генератора с импульсом формирователя.

Цель изобретения — увеличение быстродействия фазометра.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фазометр для измерения среднего значения сдвига фаэ, содержащий входные ключи, управляющие входы которых соединены с выходами первого триггера, формирователь импульсов, выход которого соединен с первым входом схемы совпадения, второй вход которой соединен с генератором квантующих импульсов и первыми входами первого и второго ключей, выходы которых соединены со счетчиками квантующих импульсов, а выход схемы совпадения соединен со входами первого триггера и электронного коммутатора, выходы которого соединены со вторыми входами первого и второго ключей, выход третьего ключа соединен со счетчиком периодов, введены ключннвертор, три ключа, элемент ИЛИ и пва триггера, входы которых соединены с выходами пятого и шестого ключей, первые входы которых соеди815675 ены с выходом схемы совпадения, вторые входы соединены соответственно с первым входом элемента ИЛИ и с выходом первого входного ключа и вторыМи входами четвертого ключа и ключаинвертора, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами четвертого и второго входного ключей, а выход соединен со входом формирователя импульсов, первые входы четвертого ключа и ключа-инвертора соединены соответственно с выходами второго и третьего триггеров, причем выход формирователя импульсов соединен с первым входом третьего ключа, второй вход которого соединен с первым входом второго ключа.

На чертеже показан фазометр для измерения среднего значения сдвига фаз. 20

Фазометр содержит входные ключи

1 и 2, триггеры 3, 4 и 5, ключ-инвертор- б, ключи 7-12, элемент ИЛИ 13, формирователь 14 импульсов, схему 15 совпадения, электронный коммутатор 2

16, генератор 17 квантующих импульсов, счетчик 18 периодов, счетчики

19 и 20 квантующих импульсов.

Фазометр работает следующим образом.

Входные синусоидальные напряжения периода Т>, сдвиг фаэ между которыми необходимо измерить, подают на первые входы входных ключей 1 и 2. Триг-З гер 3 находится в первом устойчивом состоянии и удерживает входной ключ

1 открытым, а входной ключ 2 — закрытым. Напряжение, подлкючекное к открытому входному ключу 1 является опорным напряжением, а входное напря- 40 жение, подключенное к входному ключу 2 — измеряемым напряжением. Опорное напряжение через входной ключ 1, а далее через нормально открытый ключ 7 и элемент ИЛИ 13 и через 45 нормально .открытый ключ-инвертор б и элемент ИЛИ 13 поступает на формирователь 14 импульсЬв, который в моменты перехода напряжения через нуль в положительном направлении 50 формирует прямоугольные импульсы длительностью С . Таким образом, частота f следования импульсов опорного напряжения на выходе формирователя

14 импульсов равна удвоенной частоте входного напряжения

2—

1 (1) г Т

Эти импульсы с выхода формирователя

14 импульсов поступают на первые входы схемы 15 совпадения и ключа 10. 60

С выхода генератора 17 квантующих импульсов на второй вход схемы 15 и на первые входы ключей 11 .и 12 поступают квантующие импульсы длительностью Ъ и с периодом следования Т . 65

При совпадении во времени выходного импульса формирователя 14 с квантующим импульсом срабатывает схема

15 и импульс без выхода поступает на входы триггера 3 и электронного коммутатора 16 и на первые входы ключей 8 и 9. Триггер 3 перебрасывается ( во второе устойчивое состояние, закрывая входной ключ 1 и открывая входной ключ 2, через который измеряемое напряжение начинает поступать на вход элемента ИЛИ 13 и далее на формирователь 14 импульсов. Одновременно с этим срабатывает электронный коммутатор 16 и на era обоих вых6дах появляется единичный уровень напряжения, который открывает ключи

10, 11 и 12. Через открытый ключ 1С с выхода формирователя 14 импульсов

«а вход счетчика 18 периодов начинают поступать импульсы измеряемого напряжения, через открытые ключи 11 и 12 на входы соответственно счетчиков

19 н 20 начинают поступать квантующие импульсы с выхода генератора 17.

При поступлении импульса с выхода схемы 15 на первые входы ключей 8 и

9 возможны два случая их срабатывания в зависимости от того, совпал во времени квантующий импульс с инвертированным или неинвертированным импульсом опорного напряжения. Если имеет место первый случай, то срабатывание схемы 15 вызвано совпадением во времени импульса, сформированного из опорного напряжения, поступающего через ключ-инвертор б и элемент ИЛИ

13, с квантующим импульсом. Тогда на втором входе ключа 9 в течение полупериода опорного напряжения присутствует опорное напряжение и импульс с выхода схемы проходит через ключ 9, перебрасывая триггер 5. Тем самым на время измерения закрывается ключ 7.

При совпадении во времени выходноro импульса формирователя 14, сформированного и измеряемого напряжения, с квантующим импульсом срабатывает схема 15. Импульс с его выхода, поступая на вход триггера 3, возвращает

его в исходное состояние. Входной ключ 2 закрывается, а входной ключ 1 открывается и опорное напряжение через открытый ключ-инвертор б, элемент ИЛИ 13 и формирователь 14 импульсов начинает поступать на первые входы схемы 15 и ключа 10. Тот же импульс с выхода схемы 15, поступая на вход электронного коммутатора 16, снимает единичный уровень напряжения с его первого выхода, закрывая ключ

12. Тем самым в счетчике 20 квантующих импульсов формируется код п.

При совпадении во времени выходного импульса формирователя 14 импульсов, сформированного из опорного напряжения, с квантующим импульсом, снова срабатывает схема 15. Импульс

I с его выхода, поступая на электрон815675 ный коммутатор 16 снимает единичный ,уровень напряжения с его второго вы-. хода, закрывая ключи 10 и 11. Тем самым в счетчике 18 периодов формируется кЬд А, а в счетчике 19 квантующих импульсов формируется код m.

Коды А, rn, п и значение То поступают в ЭЦВИ для вычисления искомого сдвига фаз. В случае совпадения им пульса, сформированного из опорного напряжения, поступившего через ключ

7 и элемент ИЛИ 13, с квантующим импульсом, импульс с выхода схемы 15 проходит через ключ 8 и перебрасывает триггер 4, так как на втором входе ключа 8 в течение полупериода опорного напряжения присутствует вход- 35 ное напряжение. Тем саьым на время измерения закрывается ключ-инвертор

6. После второго срабатывания элемента И 15, опорное напряжение поступает на вход формирователя 14 им- Щ пульсов через ключ 7.

В ЭЦВМ сдвиг фаз определяется иэ выражения

2У (2) х 25 где tq — временной интервал, .соответствующий сдвигу фаз (фазовый интервал)..Быстродействие в предлагаемом фазометре повышается за счет сокращения в два раза времени ожидания начала измерения (времени между моментом .подключения опорного напряжения ко входу фазометра и началом измерения, то есть первым совпадением опорного квантующего импульса). A сокращение этого времени вдвое достигается увеличением до начала измерения частоты опорного напряжения в два раза. Временной интервал t между последователь-4О ными совпадениями импульсов длительностью следующих с периодами Т и

ТО, определяется выражением т, - - Е (3)

2 45

Как видно из выражения (3), увеличение вдвое частоты f импульсов (уМеньшение вдвое периода Т ), поступающих на вход элемента И 15, приводит к сокращению вдвое временного интервала Т, равного максимальному времени ожидания начала измерения.

Время ожидания начала измерения сокращается вдвое для любых фазовых сдви гов между входными напряжениями.

Формула изобретения

Цифровой фазометр для измерения среднего. значения сдвига фаз, содержащий входные ключи, управляющие входы которых-соединены с выходами первого триггера, формирователь импульсов, выход которого соединен с первым входом схемы совпадения, второй вход которой соединен с генератором квантующих импульсов и первыми входами первого и второго ключей, выходы которых соединены со счетчиками квантующих импульсов,. а выход схемы совпадения соединен со входами первого триггера и электронного коммутатора, выходы которого соединены со вторыми входами первого и второго ключей, выход третьего ключа соединен ,со счетчиком периодов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения быстродействия, в него введены ключ-инвертор, три ключа, элемент

ИЛИ и два триггера,. входы которых соединены с выходами пятого и шестого ключей, первые входы которых соединены с выходом схемы совпадении, вторые входы соединены соответственно с первым входом элемента ИЛИ и с выходом первого входного ключа и вторыми входами четвертого ключа и ключ-инвертора, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами четвертого и второго входного ключей, а выход соединен со входом формирователя импульсов, первые входы четвертого ключа и ключ-инвертора соединены соответственно с выходами второго и третьего триггеров, причем выход формирователя импульсов соединен с первым входом третьего ключа второй вход которого соединен с первым входом второго ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 231665, кл. G 01 К 25/08, 19.07.67.

2. Авторское свидетельство СССР

У 381038, кл. G 01 К 25/08, 26.02.71 (прототип).

Составитель Н. Медведева

Редактор Н. Рогулич ТеМред М. Коштура Корректор H. Стец

Заказ 1030/76 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал НПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4