RU1780042C - Analog-to-digital low frequency phase meter - Google Patents
Analog-to-digital low frequency phase meterInfo
- Publication number
- RU1780042C RU1780042C SU904878317A SU4878317A RU1780042C RU 1780042 C RU1780042 C RU 1780042C SU 904878317 A SU904878317 A SU 904878317A SU 4878317 A SU4878317 A SU 4878317A RU 1780042 C RU1780042 C RU 1780042C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- trigger
- counter
- inputs
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Phase Differences (AREA)
Abstract
Использование: фазоизмерительна техника, измерение угла сдвига фаз междудвум гармоническими колебани ми в области низких частот. Сущность изобретени : устройство содержит входные формирователи Usage: phase-measuring technique, measuring the angle of phase shift between two harmonic oscillations in the low frequency region. SUMMARY OF THE INVENTION: The device comprises input shapers.
Description
(Л(L
сwith
Изобретение относитс к фаэоизмерительной технике и может быть использовано дл измерени угла сдвига фаз между двум гармоническими колебани ми в области низких частот.The invention relates to a faeo measuring technique and can be used to measure the angle of phase shift between two harmonic oscillations in the low frequency region.
Известен цифровой низкочастотный фазометр 1, содержащий управл емый делитель напр жени , представл ющий собой последовательное соединение выходных цепей двух преобразователей код - сопротивление , При этом выходное сопротивление одного из преобразователей пропорционально фазовому сдвигу р, а другого пропорционально величине 360° - (р. При выполнении этого услови выходное напр жение делител , на выход которого подаетс стабильное посто нное напр жение , пропорционально фазовому сдвигу.Known digital low-frequency phase meter 1, containing a controlled voltage divider, which is a series connection of the output circuits of two code-resistance converters, while the output resistance of one of the converters is proportional to the phase shift p, and the other is proportional to 360 ° - (p. Under this condition, the output voltage of the divider, the output of which is supplied with a constant constant voltage, is proportional to the phase shift.
Недостатком этого устройства вл етс наличие большого числа резисторов и реле - сложность конструкции преобразовател код - сопротивление, а также зависимость показаний отсчетного устройства от посто нного напр жени UQ. нестабильность которого увеличивает погрешность измерени .The disadvantage of this device is the presence of a large number of resistors and relays - the complexity of the design of the code-to-resistance converter, as well as the dependence of the reading of the reading device on the constant voltage UQ. whose instability increases the measurement error.
Наиболее близким к за вл емому вл етс цифровой низкочастотный фазометр 2, использующий метод нахождени Д поэтапным преобразованием интервалов времени At и Т в посто нные напр жени с помощью интегратора, вход щего в состав АЦП, запоминание полученных напр жений в блоках выборки-хранени с последующим нахождением отношени этих напр жений в АЦП двойногб интегрировани .Closest to the claimed is a digital low-frequency phasometer 2, using the method of finding D by phasing the time intervals At and T into constant voltages using the integrator included in the ADC, storing the received voltages in the sample-storage units, followed by finding the ratio of these voltages in the ADC of dual integration.
Такой фазометр имеет недостатки. Ему свойственно большое врем измерени фазового сдвига обусловленное последовательным во времени преобразованием At и Т в посто нные напр жени с помощью интегратора , наличие дополнительной погрешности , обусловленной тем. что преобразовани At и Т в посго нные напр жени осуществл ютс в течение двух периодов исследуемого сигнала (первый и второй такты интегрировани ), причем первый такт (преобразование At) начинаетс с при-ходом первого периода исследуемого сигнала, а второй такт (преобразование Т) начинаетс с приходом второго периода, при изменении частоты колебаний исследуемого сигнала от периода к периоду возможно по вление дополнительной погрешности. Кроме того, фазометру свойственна статическа norpeujHOCTb. завис ща главным образом от входного сдвига иSuch a phase meter has disadvantages. It is characterized by a large time for measuring the phase shift due to the successive conversion of At and T to constant voltage using an integrator, and the presence of an additional error due to this. that conversions of At and T to constant voltages are carried out during two periods of the signal under investigation (the first and second integration cycles), the first cycle (At transformation) begins with the arrival of the first period of the studied signal, and the second cycle (T transformation) starts with the arrival of the second period, when the oscillation frequency of the signal under study changes from period to period, an additional error may occur. In addition, the phasemeter is characterized by static norpeujHOCTb. depending mainly on the input shift and
дрейфа интегратора и сравниваюидего усгройства (компаратора).the integrator drift and compare its device (comparator).
Цель изобретени - повыа1ение быстродействи и увеличение точности измерени The purpose of the invention is to increase the speed and increase the accuracy of measurement
фазового сдвига.phase shift.
Цель достигаетс тем. что в предлагаемом фазометре преобразовани .А t и Т в напр жени осуш.ествл ютс в течение одного периода исследуемого сигнала. Дл The goal is achieved. that in the proposed phase meter, the transformations of .A t and T to voltages are dried out during one period of the signal under investigation. For
уменьшени статических погрешностей фазометра его структура изменена так. что точность интегратора в основном определ ет общую точность измерени фазового сдвига .To reduce the static errors of the phase meter, its structure is changed as follows. that the accuracy of the integrator mainly determines the overall accuracy of the phase shift measurement.
На фиг.1 приведена структурна схемаFigure 1 shows the structural diagram
фазометра; на фиг.2 - диаграммы напр жений , по сн ющие принцип действи фа.зометра .phase meter; Fig. 2 is a voltage diagram explaining the principle of operation of a phasometer.
Фазометр содержит входные формирователи 1 и 2. RS-триггер 3. 1К-триггер 4. источник 5 посто нного напр жени , элемент И 6. элемент ИЛИ 7. счетные триггеры 8 и 9. электронные ключи 10 и 11. инвертор 12. временные селекторы 13 и 14. генератор 15.The phasometer contains input drivers 1 and 2. RS-trigger 3. 1K-trigger 4. DC voltage source 5, AND element 6. OR element 7. Counting triggers 8 and 9. Electronic keys 10 and 11. Inverter 12. Time selectors 13 and 14. generator 15.
счетных импульсов, счетчики 16 и 17 импульсов , интегратор 18, неинвертирующий усилитель 19. ограничитель 20 напр жени , компаратор 21, цифро налоговый преобразователь (ЦАП) 22. дифференцирующие цепочки 23 и 24.counting pulses, counters 16 and 17 pulses, integrator 18, non-inverting amplifier 19. voltage limiter 20, comparator 21, digital tax converter (DAC) 22. differentiating circuits 23 and 24.
Фазометр работает следующим образом .The phasometer works as follows.
Формирующие устройства 1 и 2 вырабатывают короткие импульсы, соответствующие переходу сигналов Ui и U2 через ноль из отрицательных значений в положительные . На выходе RS-триггера 3 вырабатываетс импульс, длительность которого At соответствует фазовому интервалуThe forming devices 1 and 2 generate short pulses corresponding to the transition of the signals Ui and U2 through zero from negative to positive values. At the output of the RS-trigger 3, a pulse is generated, the duration of which At corresponds to the phase interval
Л/7(сдвигу фаз)(фиг.2. УЗ).L / 7 (phase shift) (figure 2. Ultrasound).
С приходом пускового импульса (фиг.2:ПУСК) в момент времени tn триггеры 4.8.9 устанавливают в нулевое состо ние. счетчик 17 обнул етс . Короткий импульс.With the arrival of the start pulse (Fig. 2: START) at time tn, the triggers 4.8.9 are set to the zero state. counter 17 reset to zero. Short impulse.
приход щий с выхода формировател 2. в момент ti переводит триггер 4 в единичное состо ние. Это происходит потому, что в момент времени ti 1К-триггер 4 находитс счетном режиме, так как на I- и К-входахshaper coming from the output of 2. at time ti puts trigger 4 in a single state. This is because at the time ti, the 1K trigger 4 is in counting mode, since at the I and K inputs
присутствует единица, т.е. сигнал ин верти рующего выхода триггера 8 (фиг.2. Us). На выходе триггера 4 вырабатываетс импульс (фиг.2, и), открывающий временной селектор 13 и на вход счетчика 16 разрешаетс there is a unit, i.e. trigger inverting output signal 8 (Fig. 2. Us). At the output of trigger 4, a pulse is generated (Fig. 2, i), which opens the time selector 13 and is enabled at the input of counter 16
прохождение счетных импульсов частотой fo с выхода генератора 15. По переднему фронту импульса триггера 4 дифференциру цепочка 23 вырабатывает импульс, обнул ющий счетчик 16. Таким образом. :,the passage of counting pulses of frequency fo from the output of the generator 15. On the leading edge of the pulse of the trigger 4 to the differentiator, the circuit 23 generates a pulse, resetting the counter 16. Thus. :,
момент начала счета исходное состо ние счетчика 16 - нулевое. В момент времени t2 на выходе элемента И 6 вырабатываетс импульс (фиг.2, Кб), открывающий ключ 10. На вход интегратора 18 поступает положительное напр жение с выхода источника 5. Напр жение на выходе интегратора начинает убывать по линейному закону (фиг.2. Ui7). В момент времени ta триггер 4 переводитс в нулевое состо ние (фиг.2, U), триггер 8 - в единичное. На входы 1 и К 1К-триггера 4 поступает нулевой уровень и сигналы на входе G не вызывают изменени состо ни триггеров 4 и 8до следующего прихода сигнала ПУСК. В момент времени t3 временной селектор 13 закрываетс , в счетчике 16 фиксируетс число импульсов N:the moment the count starts, the initial state of the counter 16 is zero. At time t2, an impulse is generated at the output of element And 6 (Fig. 2, Kb), which opens the key 10. At the input of the integrator 18, a positive voltage is supplied from the output of the source 5. The voltage at the output of the integrator begins to decrease linearly (Fig. 2 . Ui7). At time ta, trigger 4 is brought into a zero state (Fig. 2, U), trigger 8 is in a single state. The inputs 1 and K of the 1K trigger 4 receive a zero level and the signals at input G do not cause a change in the state of the triggers 4 and 8 until the next start of the START signal. At time t3, the time selector 13 is closed, the number of pulses N is fixed in the counter 16:
N fo (t3-ti) fo Т.(1)N fo (t3-ti) fo T. (1)
где Т - период исследуемого сигнала.where T is the period of the signal under investigation.
В этот же момент времени электронный ключ 10 закрываетс и к моменту времени тз напр жение на выходе ингегратора 18At the same time, the electronic switch 10 is closed and by the time tk the voltage at the output of the injector 18
1 1
UHHT - Y /и dt - - у U(t3 -12) UHHT - Y / and dt - - for U (t3 -12)
1212
-VA.. -VA ..
(2)(2)
где и - напр жение источника 5:where and is the voltage of source 5:
г- посто нна времени интегратора: (t3-12)- временной интервал интегрировани , соответствующий фазовому сдвигу А.d is the integrator time constant: (t3-12) is the integration time interval corresponding to the phase shift A.
В момент времени хз также происходит переключение триггера 9 в единичное состо ние (фиг.2. Ug) и на его выходе по вл етс импульс, открывающий временной селектор 14, на вход счетчика 17 разрешаетс прохождение счетных импульсов с генератора 15 (фиг.2. Ui4). элемент И 6 переключаетс в нулевое состо ние, ключ ТО закрываетс , на выходе инвертора 12 вырабатываетс импульс, открывающий ключ 11, На вход интегратора 18 поступает напр жение с выхода ЦАП 22At time xs, the trigger 9 also switches to the single state (Fig. 2. Ug) and a pulse appears at its output, opening the time selector 14, the passage of the counting pulses from the generator 15 is allowed to the input of the counter 17 (Fig. 2. Ui4). element And 6 switches to the zero state, the TO key is closed, an output is generated at the output of the inverter 12, which opens the key 11, The voltage from the output of the DAC 22 is supplied to the input of the integrator 18
Uuan Kn-N-Uorp.(3)Uuan Kn-N-Uorp. (3)
где Кп коэффициент преобразовани ЦАП 22;where Kp is a DAC conversion coefficient 22;
Uorp - выходное напр жение ограничител 20.Uorp - output voltage limiter 20.
Следует отметить, что коэффициент усилени усилител 19 выбираетс достаточно большим, поэтому практически с началом интегрировани U на интервале хз -12 усилитель 19 попадает в режим насыщени (фиг,2, Uis), Фазы передачи сигнала интегратором и усилителем 19 выбраны таким образом, что напр жение насыщени Uis всегда имеет противоположную пол рность к и. Использование ограничител 20 напр жени .It should be noted that the gain of the amplifier 19 is chosen sufficiently large, therefore, almost immediately after the integration of U in the range xs -12, the amplifier 19 enters the saturation mode (Fig. 2, Uis). The signal transfer phases by the integrator and amplifier 19 are chosen so that The saturation value Uis always has the opposite polarity to and. Use of voltage limiter 20.
в наиболее простом варианте выполненного на стабилитроне, подключенном к выходу усилител 19 через балластный резистор, которое в зависимости от N преобразуетс in the simplest version performed on a zener diode connected to the output of amplifier 19 through a ballast resistor, which, depending on N, is converted
в напр жение Unan, позвол ет сформировать напр жение, служащее в последующем такте интегрировани в качестве опорного. Выходное напр жение интегратора после подачи на его вход начинает измен тьс voltage Unan, allows you to form a voltage that serves in the subsequent integration cycle as a reference. The output voltage of the integrator after being fed to its input begins to change
в противоположную сторону и к моменту времени tx достигнет 0: txin the opposite direction and by time tx reaches 0: tx
UHHT- /Unan dt 0.UHHT- / Unan dt 0.
(4)(4)
t3t3
Реша уравнение (4) относительно (txSolving equation (4) with respect to (tx
ta). получимta). we get
t -13 тi - и At t -13 ti - and At
УцапКп N JorpUtsapKp N Jorp
- - - -(5) - - - -(5)
ТT
Uotp fo Dot fo
По окончании разр да емкости интегратора усилитель 19 выходит из насыщени и попадает в активный режим. Перепад напр жени на выходе усилител 19, образующийс при уравновешивании, приводит к срабатыванию компаратора 21 (фиг.2, U2o) и на выходе дифференцирующей цепочки 24 вырабатываетс короткий импульс (фиг.2. U23), переключающий триггер 9 в нулевоеAt the end of the capacity discharge of the integrator, the amplifier 19 goes out of saturation and enters the active mode. The voltage drop at the output of the amplifier 19, resulting from balancing, triggers the comparator 21 (Fig. 2, U2o) and a short pulse is generated at the output of the differentiating circuit 24 (Fig. 2. U23), which switches the trigger 9 to zero
состо ние (фиг,2, Ug), Временной селектор закрываетс , в счетчике 17 устанавливаетс число импульсовstate (FIG. 2, Ug), the time selector is closed, the number of pulses is set in counter 17
NX fo (tx - t3).(6)NX fo (tx - t3). (6)
С учетом выражени (6) уравнение (5) примет видGiven expression (6), equation (5) takes the form
At . At.
иand
Nx 7 --КNx 7 --K
N , N
Кп UorpKp Warp
где К -г -г-.- - общий коэффициент пре1чп Uorpwhere K -g -g -.- is the general coefficient of pre1chp Uorp
образовани .education.
Выбира значение К 3.6 п .2.3.... можно получить отсчет N непосредственно в градусах.Choosing a value of K 3.6 p. 2.3 .... you can get the count N directly in degrees.
Следует отметить, что электронныйIt should be noted that electronic
ключ 11 остаетс замкнутым до начала следующего цикла преобразовани , интегратор 18 и усилитель 19 оказываютс охваченными отрицательной обратной св зью (ООС) через ограничитель напр жени и ЦАП. Большое усиление в петле ООС на посто нном токе способствует 11оддержанию на выходе интегратора напр жени , равного сдвигу на входе усилител 19 (при отсутствии сдвига на входе интегратора) до следующего циклаthe key 11 remains closed until the start of the next conversion cycle, the integrator 18 and amplifier 19 are covered by negative feedback (OOS) through the voltage limiter and the DAC. A large gain in the DC loop on a constant current contributes to 11 maintaining the voltage at the output of the integrator, equal to the shift at the input of amplifier 19 (in the absence of a shift at the input of the integrator) until the next cycle
преобразовани .transformations.
Исход из вышеизложенного следует, что изменение структуры преобразовани позвол ет обеспечить следующие преимущества за вл емого устройства, приводимые в сравнении с прототипом.Based on the foregoing, it follows that the change in the structure of the conversion allows to provide the following advantages of the claimed device, given in comparison with the prototype.
За счет того, что преобразование временных интервалов Д t и Т в посто нные напр жени происходит в течение интервала времени Т, т.е. за врем одного периода, исключаетс погрешность, по вление которой возможно за счет изменени частоты сигнала в процессе измерений, таким образом , фазометр позвол ет определ ть мгновенное значение фазового сдвига.Due to the fact that the conversion of time intervals Д t and Т to constant voltage occurs during the time interval Т, i.e. during one period, an error is excluded, the occurrence of which is possible due to a change in the frequency of the signal during the measurement, thus, the phase meter allows you to determine the instantaneous value of the phase shift.
Уменьшаетс значение статической погрешности, обусловленной входным сдвигом и дрейфом интегратора и сравнивающего устройства за счет введени след щей ООС с выхода усилител 19 на вход интегратора.The value of the static error due to the input shift and the drift of the integrator and the comparison device is reduced due to the introduction of the next OOS from the output of the amplifier 19 to the input of the integrator.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904878317A RU1780042C (en) | 1990-10-26 | 1990-10-26 | Analog-to-digital low frequency phase meter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904878317A RU1780042C (en) | 1990-10-26 | 1990-10-26 | Analog-to-digital low frequency phase meter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1780042C true RU1780042C (en) | 1992-12-07 |
Family
ID=21542851
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904878317A RU1780042C (en) | 1990-10-26 | 1990-10-26 | Analog-to-digital low frequency phase meter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1780042C (en) |
-
1990
- 1990-10-26 RU SU904878317A patent/RU1780042C/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N5 432419,кл G 01 R 25/00. 1974.Авторское свидетельство СССР N! 1596269, кл. G 01 R 25/00. 1988. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4031532A (en) | Voltage to frequency converter | |
US3983481A (en) | Digital intervalometer | |
RU1780042C (en) | Analog-to-digital low frequency phase meter | |
JPH02124637A (en) | Synchronization detection circuit | |
SU1580290A1 (en) | Measuring instrument for primary conversion | |
SU1656472A1 (en) | Digital low-frequency instanteous phasemeter | |
SU748849A1 (en) | Comparator | |
SU1239860A1 (en) | Device for automatic controlling of generator frequency | |
RU2028628C1 (en) | Method of and device for measuring frequency of low-frequency oscillations | |
SU1474839A1 (en) | Monitor of dynamic parameters of anlog-to-digital converter | |
RU2024028C1 (en) | Low-frequency phase shift meter | |
SU1666965A2 (en) | Digital frequency meter | |
RU2115230C1 (en) | Time internal-to-code converter | |
RU1784924C (en) | Low frequency digital phase meter | |
SU438940A1 (en) | Digital phase meter | |
SU678666A1 (en) | Phase shift-to-time interval converter | |
RU2015618C1 (en) | Method and device for pulse-time conversion of dc voltage into code | |
SU1442927A1 (en) | Digital periodometer | |
SU393806A1 (en) | DELAY DEVICE | |
SU1613878A1 (en) | Device for measuring temperature | |
SU1275486A1 (en) | Generator of periodic oscillations for controlling electrodynamic testing machine | |
SU805199A1 (en) | Vlf digital phase-frequency meter | |
SU1118933A1 (en) | Digital phase detector | |
SU1723533A1 (en) | Device for measuring frequency difference | |
SU1596269A1 (en) | Digital low-frequency phase meter |