Следящий фазометр
Иллюстрации
Реферат
О П И A Н И Е ц894595
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
4
З (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51) М. Кл . (22) Заявлено 20. 05. 80 (21) 2826058/18-21 с присоединением заявки И
G 01 и 25/00
3Ъсударстаеииый комитет
СССР (23) Приоритет (53) УДК 621.317.. 77 (088.8) по делам изобретений и открытий
Опубликовано 30.12.81. Бюллетень Юе 48
Дата опубликования описания 02.0 1 . 82
В lt
В. И. Гупалов 1
l, Ленинградский ордена Ленина политехнический им. H. И. Калинина (72) Автор изобретения
МE, ° 1! " " 4
- Ап4,"." j> t.""дс институт - ":. АА (71) Заявитель (54 ) СЛЕДЯЩИЙ ФАЗОИЕТР
Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения угловых и линейных перемещений, а также деформации при помощи фазовых датчиков, например поворотных или линейных индуктосинов.
Известен фазометр, содержащий формирователи импульсов, триггерные делители частоты, схему И, коммутатор, 10 выходы которого соединены со входами схемы И, один из делителей частоты содержит инвертор, тп основных и тп -1 дополнительных триггеров, причем один из выходов (т -1) -20 дополнительного
15 триггера связан со счетным входом т!-20 основного триггера, другой выход — со счетным входом и -20 дополнительного триггера, соединенного с выходом инвертора, а выходы основных триггеров соединены со входами коммутатора. Приведенное устройство работает по принципу слежения и позволяет измерять фазовые сдвиги в пределах + 2т" 90о(rn = 1,2,3,, )
Г!Э.
Недостатки такого фазометра — низкая точность фазового сдвига, обусловленная применением однополупериодной схемы измерения, и низкая достоверность измерений из-за сйоев делителей частоты от помех.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является . многоканальный фазометр, содержащий в каждом из каналов последовательно соединенные формирователи импульсов, делители частоты, инвертор, вход которого соединен с формирователем импульсов, коммутатор и элемент И, счетный триггер в опорном канале, один из выходов которого соединен с первым входом элемента И, а вход — с прямым выходом делителем частоты и со вторым входом элемента И, в каждом канале второй делитель частоты, блок уст- ранения сбоев, дополнительные элементы И и ИЛИ, подключенные через норма894595 лйзатор и фильтр к коммутатору, при этом входы элемента ИЛИ соединень, с выходами первого и второго элементов И, первый и второй входы второго элемента И подключены соответственно ко второму выходу счетного триггера и инверсному выходу второго делителя частоты опорного канала, блок устранения сбоев в каждом иэ каналов соединен по входам с прямыми и инверсными выходами. первого и второго делителей частоты, с выходами формирователя импульсов и инвертора, а по выходам— со входами первого и второго делителей частоты, причем третий вход пер" вого элемента И соединен с инверсным выходом первого делителя частоты, а третий вход второго элемента И вЂ” с прямым выходом второго делителя часто ты каждого из исследуемых каналов., Диапазон измерения фаэометра + ?ЛК (2), Недостатками указанного фазометра являются низкая точность измерения, наличие мертвых зон на краях диапазона измерения и низкая достоверность результата измерения из-за вероят" ности сбоев делителей частоты.
Цель изобретения — повышение точности измерения.
Указанная цель достигается тем, что в следящий фазометр, содержащий в каждом канале усилитель-ограничитель, два формирователя импульсов, инвертор, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя и вхо,дом первого. формирователя, счетный триггер, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя опорного канала, первый, второй, третий и четвертый элементы И, элемент ИЛИ, причем второй вход первого и третий вход третьего элементов И соединены с первым выходом счетного триггера, в третьи входы второго и четвертого элементов И - со вторьм выходом счетного триггера, нормализатор, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого соединены с . выходами элементов И, фильтр, вход которого соединен с выходом нормали. затора, а выход - со входом аналогоцифрового преобразователя, выход которого подключен ко входу иьццлкато а, причем выход инвертора измерительного канала соединен с выходом второго формирователя, введены первый, второй и третий элементы задержки, реверсивный счетчик, первый, второй, третий и четвертый компараторы, пя4 тый, шестой, седьмой и восьмой элементы И, первый и второй ключи, первый, второй, третий, четвертый и пятый управляющие триггеры, дифферен5 циатор и третий и четвертый формирователи, причем выход усилителя" ограничителя опорного канала соединен со входом первого элемента задержки, выход которого соединен со входами третьего формирователя и второго элемента задержки, выход которого соединен со входом четвертого формироватсля, выход которого соединен с первыми входами первого и четвертого управляющих триггеров, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первых и четвертых элементов И, а вторые входы первого и третьего управляющих триггеров соедиие"
24 ны с выходом первого формирователя измерительного канала и первыми входами пятого и шестого элементов И, второй вход пятого элемента И соединен с выходом третьего формирователя
2$ а выход — со вторым входом пятого управляющего триггера, первый выход которого соединен с третьим и вторым входами соответственно первого и второго элементов И, второй выход — со
$ф вторыми входами третьего и четвертого элементов И, а первый вход — с вы" ходом шестого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя опорного кана$$ ла; выход инвертора опорного капала соединен со входом третьего элемента задержки, выход которого соединен со входом второго формирователя опорного канала, выход которого со40 единен с первыми входами второго и третьего управляющих триггеров, а выходы последних соединены с первыми входами второго и третьего элементов И, а второй вход. второго триггера соединен с выходом второго формирователя измерительного канала и вторым входом четвертого триггера; второй вход индикатора соединен с выходом реверсивного счетчика, первый и второй входы которого соединены с выходами третьего и четвертого компараторов, причем второй вход третьего и первый вход четвертого компараторов соединены соответственно с источниками опорного напряжения +11, 1 1 а первый вход третьего и второй вход четвертого компараторов соединены с выходом дифференциатора, вход которого соединен с выходом фильтра и пер89459 вым входом первого и вторым входом второго компараторов, а второй вход первого и первый вход второго компараторов соединены с источником опорного напряжения + Y /2, а выходы первого и второго компараторов соединены соответственно со вторыми входами седьмых и восьмых элементов И, первые входы которых соединены со вторым выходом пятого управляющего триг- 30 гера, а выходы — с первыми входами соответственно первых и вторых .ключей, вторые входы которых соедине- . ны с источниками опорного напряжения соответственно +Yо/2, -v0/2, а выхо- 15 ды — со вторым входом фильтра.
На фиг. 1 представлена структурная схема следящего фазометра; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы. 20
Следящий фазометр включает усилители-ограничители 1 и 2, формирователи 3"6 импульсов, инверторы 7 и 8, счетный триггер 9, элементы И 10-13, элемент ИЛИ 14, нормализатор 15, 25 фильтр 16, аналого-цифровой преобразователь 17, индикатор 18, первый элемент 19 задержки, второй элемент 20 задержки, третий элемент 21 задержки, формирователи 22 и 23 импульсов, элементы 24 и 25 совпадения, триггеры 26-30, ключи 31 и 32; реверсивный счетчик 33, дополнительные элементы И 34 и 35, компараторы 36-39, дифференциатор 40.
Фазометр работает следующим образом.
Усилители-Ограничители 1 и 2 формируют из исходных гармонических сигналов импульсы (фиг.2а,в),фронты ко-. торых совпадают с моментами перехода гармоническим сигналом нулевого уровня.
Формиров атели 3, 4, 5, 22 и 23, импульсов .формируют по переднему фронту короткие импульсы. Длительность коротких им1?уль сов формирователей 5, 6, 22 и 23 вы" бирается минимальной, но достаточной для четкой работы триггеров по установочньм входам. Формирователи 3 и 4 импульсов вырабатывают импульсы, симмет50 ричные относительно импульсов на выходе формирователя 22 (фиг. 2с,8, е).
Длительность импульсов на выходе формирователя 4 (фиг. 2 d) равна удвоенному времени задержки элемента 20 задержки (t„. =2t 36*%@).Длительность импульсов на выходе формирователя 3 (фиг. 2,с) равна удвоенному суммарному времени задержки элементов 19 и 20
5 6
2(< @1pt>>>p Время задержки эле мента 21 равно сумме времени задержки элементов 19 и 20В р = .И, + 0 „ ).
Время задержки элемента 20 должно быть больше мертвой зоны основного триггерного фаэометра (триггеры 26 н, 28). Ширина мертвой зоны зависит от длительности коротких импульсов, быстродействия триггеров, соотношения сигнал-помеха, а также частотного спектра помех. Время задержки элемента 19 должно быть больше чем "дрожание" сигнала и зависит только от соотношения сигнал-шум..Элемент 24 совпадения пропускает короткие импульсы с выхода формирователя 5 лишь тогда, когда они входят в зону коротких импульсов (фиг. 2 ф с выхода формирователя 4. Элемент 25 совпадения пропускает импульсы с выхода формирователя 5, когда они находятся вне зоны коротких импульсов (фиг. 2c) формирователя 3.
По структуре следящий фазоиетр является двухшкальным прибором. Одна шкала используется для измерения фазового сдвига.в пределах 0-360, а вторая — дпя подсчета циклических сдвигов, кратных 360 . Импульс с о выхода формирователя 22 (фиг. 2e), соответствующий началу положительной полуволны опорного сигнала, устанавливает триггеры 26 и 30 в единицу.
Аналогично импульс с выхода формиро вателя 23 (фиг. 2 ), соответствующий началу отрицательной полуволны опорного сигнала, устанавливает триггеры 28 и 29 в единицу. Импульс с выхода формирователя 5 (фиг. 2<$), устанавливает триггеры 26 и 29 в куль.
Аналогично импульс с выхода формиро,вателя 6 (фиг. 2 H) соответствующий началу отрицательной полуволны измерительной сигнала, устанавливает триггеры 28 и 30 в нуль. На временных диаграммах фиг. 2 1,, k, 8 представлены сигналы на выходах триггеров 26, 28, 29 и 30. Триггеры 26 и 28 образуют основной двухполупериодный фазометр; а триггеры 29 и 30 — дополнительный двухполупериодньп фазометр.
Двухполупериодные фазометры получаются за счет поочередного подключения однополупериодных схем, которое осуществляет сигнал с выхода счетного триггера 9 (фиг. 2m). На временных диаграммах фиг. 2 q р представлены сигналы основного и дополнительно894595
10 !
45
55, го двухполупериодных фазометров. Характеристика дополнительного двух.;олу периодного фазометра сдвинута относительно характеристики основного фаза метра на 180 о
Характеристика дополнительного фаэометра в области малых значений сдвига фазы от 2ЛК до 7 (2 K+1) расположена вьппе характеристики основного фазометра на Чо /2, где Чо — опорное йапряжение нормализатора, а в области больших значений сдвига фазы от (2 +1)11 до 2З(1+1) характеристика дополнительного фаэометра расположена ниже ос новной на Чо/2. Если изменение сдвига фазы происходит в области малых значений (сигнал с выхода компаратора 37 равен единице) и импульс с выхода формирователя 5 (фиг. 2 ) входит в зону короткого импульса с выхода формирователя 4, то триггер 27 устанавливается в нуль.
Одновременно происходит подключение к первому входу фильтра сигнала
- дополнительного фазометра и подключение смещения -V0/2 ко второму входу фильтра. Аналогично, если, сдвиг фаз находится в области больших значений и происходит вхождение импульса с выхода формирователя 5 (фиг. 2g) в зону импульса (фиг.28) с выхода формирователя 4,то происходит подключение сигнала дополнительного фазометра и смещею е + Чб/2. Когда импульс с выхо". да формирователя 5 (фиг. 2g) выходит . за пределы зоны короткого импульса с выхода формирователя 3 (фиг.2t), триггер 27 устанавливается в единицу и одновременно на вход фильтра подключается сигнал с выхода основного фазаметра.
Суммарная характеристика фаэометра имеет гистерезис, однако наличие его не сказывается на линейности зависимости напряжения на выходе фильтра 16 от изменения сдвига фазы в пре делах одного цикла. Линейный участок характеристики фаэометра равен 2Л +
+24.Lf, где d % - ширина гистерезиса, определяемая длительностью импульса на выходе формирователя 3 (фиг. 2с), длительность которого должна быть меньше половини периода исходной час таты (т.е.дЧ<Л)
Следящая часть устройства основайа на том, что характеристика..фазометра имеет циклический характер и при переходе с одного линейного участка на другой происходит скачок напряжения.
Переходньп процесс в фильтре 16 при скачке напряжения идентичен реакции фильтра на единичный скачок и определяется только свойствами Фильтра.При увеличении фазового сдвига происходит скачок с максимального уровня на уровень характеристики основного Фазометра (область малых значений), а при уменьшении фазового сдвига происходит скачок с минимального уровня на уровень характеристики основного фазометра (,область больших значений) . Абсолютная величина скачка равнаУо
Постоянная времени дийференциатора 40 выбирается с учетом переходной характеристики фильтра 16. При этом сигнал на выходе дифференциатора 40 принимает максимальное по амплитуде значение лишь в моменты скачка напряжения на выходе фильтра 16, а при других более медленных изменениях напряжения на выходе фильтра 16 сигнал дифференциатора 40 много меньше уставок напряжений (U ), к которым подключены компараторы 38 и 39. I3 момент скачка один из компараторов формирует импульс, который изменяет содержимое реверсивного счетчика 33, и тем самым отслеживается цикл, в котором происходит изменение фазовоГо сдвига.
Формула изобретения
Следящий фазометр, содержащий в каждом канале усилитель-ограничитель, два формирователя импульсов, инвертор, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя и входом первого формирователя, счетный триггер, вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя опорного канала, первьЖ, второй, третий и четвертый элементы И, элемент ИЛИ, причем второй вход первого и третий вход третьего элементов И соединены с первым выходом счетного триггера, а. третьи входы второго и четвертого элементов И вЂ” со вторым выходом счетного триггера, нормализатор, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами элементов И, фильтр, вход которого соединен с выходом нормализатора, а восход — co входом аналогоцифрового преобразователя, выход которого соединен со входом индикатора, причем выход инвертора измерительного канала соединен с выходом второго формирователя, о т л и ч а ю щ и й894595
1О с я тем, что, с целью повышения точности измерения, н него введены первый, второй и третий элементы задержки, реверсивный счетчик, первый, второй, третий и четвертый компаратор:!, пятый, шестой, седьмой и восьмой элементы И, первый и второй ключи, первый, второй,.третий, четвертый и пятый управляющие триггеры, дифференциатор и третий и четвертый формирова-. тели, причем выход усилителя-ограничителя опорного канала соединен со входом первого элемента задержки, выход которого соединен со входами третьего формирователя и второго элемента задержки, выход которого соединен со входом четвертого формирователя, выход которого соединен с первыми входами первого и четвертого управляющих триггеров, выходы .которых соединены с первыми входами соответственно первых и четвертых элементов И, а вторые входы первого и третьего управляющих триггеров соединены с выходом первого формирователя измерительного канала и первыми входами пятого и шестого элементов И, второй вход пятого элемента И соединен с выходом третьего формирователя, а выход — со вторьм входом пятого управляющего триггера, первый выход которого соединен с третьим и вторым входами соответственно первого и второго элементов И, второй выход " со вторыми входами третьего и четвертого элементов И, а первый вход — с выходом шестого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя опорного канала; выход инвертора опорного канала соединен со входом третьего элемента задержки, выход которого соединен со входом второго формирователя опорного канала, выход которого, соединен с первыми входами второго и третьего управляющих триггеров, а ныходы последних соединены с первыми входами второго и третьего элементов И, а второй вход второго триггера соединен с выходом второго формирователя измерительного канала и вторым входом четвертого триггера второй вход индикатора соединен с выходом ренерсин10 ного счетчика, первый и второй входы которого соединены с выходами тре" тьего и четвертого компараторов, причем второй вход третьего и первый вход четвертого компараторов соедиI5 иены соответственно с источниками опорного напряжения +М„, -Ч1, а первый вход третьего и второй вход четвертого компараторон соединены с выходом дифференциатора, вход которого соедищз нен с выходом фильтра и первым входом первого и вторым входом второго компараторов, а второй вход первого и первый вход второго компараторов соединены с источником опорного напря25 жения + Ч /2, а выходы первого и второго компараторов соединены соответ- ственно со вторыми входами седьмых и восьмых элементов И, первые входы которых соединены со вторьм выходом пятого управляющего триггера, а выходы - с первыми входами соответственно первых и нторых ключей, вторые входы которых соединены с источниками опорного напряжения соответственно + o/2, - / /2, а выхода — со вторым входом
35 фильтра.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
Ф 410330, кл. G 01% 25/00, 1974.
2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 264б1 78, кл. 3 01 К 25/00, 1979, 89459 5
Составитель М. Каталова
Редактор И. Михеева Техред E.Жаоитончик Ко ектоо Г. Базарова
Заказ 11479/73 Тираж 735 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035 Москва У(-35 Рауаская наб. Б. 4/5
Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 2 2. 24