SU1335893A1 - Коммутационный преобразователь фаза-код - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных и управл ющих системах дл  измерени  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,  чейку ИЛИ 9, элемент И-НЕ 10, триггер 11 управлени , элементы И 12, 16, 18, инвертор 14, триггер 15 измерени  периода, счетчики 17, 19, генератор 20 квантующих импульсов. Изобретение расшир ет 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

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных н унравл ю- щих системах дл  измерени  фазовых сдвигов электрических сигналов.

Цель изобретени  - расширение функпиональных возможностей за счет обеспечени  измерени  мгновенного значени  фазы сложных сигналов, повын ение достоверности и уменьшение собственной методической погрешности.

На фиг. 1 изображена функциональна  схема преобразовател ; на фиг. 2 и 3 -- временные диаграммы работы функциональных узлов.

Преобразователь содержит электронные ключи 1 и 2, информационный вход первого соединен с входной шиной Ugn , а информационный вход второго - с входной шиной LUV. преобразовател , выходы обоих ключей соединены с входом формировател  3, выход которого соединен с информационным входо.м непосредственно и с управл ющим входом электронного ключа 4 через последовательно соединенные одновибрато- ры 5 и 6, выход ключа 4 соединен с входами опорного канала 7 и измерительного канала 8 в  чейке ИЛИ 9, выходы обоих каналов соединены с входами элемента И - НЕ 10, выходом соединенного с входом триггера И управлени , пр мым выходом соединенного с унравл щим входом ключа 2, входом измерительного канала 8 и входом эле.мента И 12, а инверсным выходом - непосредственно с управл ющим входом ключа 1 и входом опорного канала 7, а через одновибратор 13 - с другим входом опорного канала 7. выход опорного канала 7 через инвертор 14 соединен с входом триггера 15 из.мерени  периода, пр мой выход которого через последовательпо соедипен- ные элементы И 12 и 16 соединен с входом счетчика 17, а через элемент И 18 - с входом счетчика 19, выход генератора 20 квантуюниих импульсов соединен с входами элементов И 6 и 18.

Устройство работает следующим образом .

Входные напр жени  Uon , LUIH, фазовый сдвиг ip между которыми измер етс , подаютс  на электронные ключи 1 и 2, ко- торые вместе с электронным ключом 4 могут быть зьшо.тнены на интегральных коммутаторах , ключах, управл емых непосредственно от интегральных схем.

В исходном состо нии 15 измерени  (ериода и триггер 11 управлени  наход тс  в положении «О, т.е. па пр мом выходе - пизкий потенциал, на инверсном выходе - высокий потенциал, на основном выходе одновибратора 6 - низкий потенциал , на инверсном выходе одиовибратора 13 - высокий потенциал. )дар  исходным сигналам с устройств 6, 13 и 11 ключ 1 замкнут, ключи 2 и 4 разомкнуты, на управл ющих входах  чейки ИЛИ 9 следующие сигналы: разрешение в онорном

канале 7, запрет в измерительном канале 8. Сложный опорнь й сигнал Uon через ключ 1 поступает на вход формировател  3, который представл ет собой нуль-орган, формирующий импульсы по моментам перехо„ дов через нуль входного сигнала. Сформированные имнульсы поступают на два последовательно соединенных одновибратора 5 и 6, выполн ющих функцию первоначальной синхронизации и выполненных на интегральных одновибраторах с повторным

5 запуском. По первому отрицательному фронту входного импульса с выхода формировател  3 после момента подключени  на выходе одновибратора 5 формируетс  импульс с переменной длительностью, завис щей от количества периодов высокочастотных ко- леба)шй в пачке входного сигнала с момента подключени , за счет повторного запуска этого одновибратора с собственной регулируемой длительностью задержки этими высокочастотными ИЕу1пульсами. Длитель5 пость задержки t, выбираетс  элементами 21 и 22 из услови 

9 т Тмин ву -J -,

0

гдeTвv -максимальный период высокочастотных колебаний в сложном входном сигнале; Тнич -минимальный период огибающей

входного сигнала.

По отрицательному фронту выходного импульса с одповибратора 5 запускаетс 

;- одновибратор 6, на выходе которого формируетс  имнульс с переменной длительностью, завис щей от количества периодов огибаю- 1цей сложного входного сигнала с момента подключени  до окончани  измерени , за счет повторного запуска этого одновибра0 тора с собственной регулируемой длительностью задержки входными импульсами, сформированными одповибратором 5. Длительность задержки t, выбираетс  элементами 23 и 24 из услови 

5 tt.TMai,

где Тчакс. - максимальный период огибающей в.ходного сигнала.

Сформированный импульс с выхода одновибратора 6 включает электронный ключ 4. Таким образом, ключ 4 включаетс  благо0 дар  свойству одновибратора 5 только при равенстве 1улю огибаюп ей сложного входного сигнала, обеспечива  тем самым про- хождепие сигналов па  чейку ИЛИ 9, собранную на трех элементах И-НЕ, начина  с первого импульса из серии, что соответствует началу измерени  по первому фактическому перехо.ду через нуль входного опорного сигнала с положительной про5

изводной. Далее ключ 4 держитс  замкнутым благодар  свойству одновибратора 6 до окончани  измерени , т.е. до исчезновени  импульсов на выходе формировател  3.

Временные диаграммы работы функцио- нальны.х узлов, обеспечивающих, первоначальную синхронизацию (фиг. 1) представлены на фиг. 2, где 1:,,ti - соответственно момент подключени  сигналов к устройству и момент начала измерени ; t, - соответственно длительности задержки одно- вибраторов 5 и 6; Us.Uj, Ug - соответственно сигналы на выходах формировател  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 измерени  периода, а также через элемент И-НЕ 10 на триггер 11 управлени . Триггеры Пи 15, выполненные на интегральных схемах, измен ют свое состо ние на «1, чем начинаетс  формирование интервалов времени, соответствующих периоду входных сигналов и фазовому сдвигу на входах элементов И 12 и 18. Изменени е состо ни  триггера 11 управлени  означает переключение управл ющих сигналов: происходит замыкание ключа 2, размыкание ключа I, подаетс  разрещение на измерительный канал 8, запрет на опорный канал 7, отрицательным фронтом управл ющего сигнала с инвертирующего выхода запускаетс  одновибратор 13, выполненный на интегральной схеме одновибратора, обеспечивающий обработку сложного сигнала в опорном канале 7, куда подаетс  дополнительный запрет.

Сложный измер емый сигнал проходит через ключ 2, формирователь 3, ключ 4 и первый импульс из серии проходит через измерительный канал 8, элемент И-НЕ 10 на вход триггера И управлени . Триггер 11 управлени  измен ет свое состо ние на «О, чем заканчиваетс  формирование интервала времени, соответствующего фазовому сдвигу на входе элемента И 12. Изменение состо ни  триггера 11 означает переключение управл ющих сигналов: происходит замыкание ключа 1, размыкание ключа 2, подаетс  запрет на измерительный канал 8, разрещение на опорный канал 7.

Несмотр  на замкнутые ключи 1 и 4 и поданное разрешение на опорный канал 7 импульсы опорного сигнала из предыдущей серии не поступают на вход  чейки ИЛИ 9, так как одновибратор 13 блокирует опорный .канал 7 за счет дополнительного запрета на врем  собственной регулируемой задержки . Длительность задержки выбираетс  элементами 25 и 26 из услови 

f -

2

где Ткакс- максимальный период входног 1

сигнала.

Выбранна  задержка обеспечивает обработку сигнала в октавном диапазоне частот.

Таким образом, за счет двойного управлени  опорным каналом 7 суммарный си.гнал разрешени  на опорный канал вырабаты.- ваетс ,только при равенстве нулкэ огибающей входного сигнала и при наличии разре0 шени  с триггера 11 управлени , чем исключаетс  возможность ложных срабатываний триггера-И управлени  по последующим импульсам из серии и ложных срабатываний триггера 15 измерени  периода в случа х , когда ij меньше измер емого временного сдвига фаз.

Первый импульс из последующей серии опорного сигнала про.чодит через опорный канал 7, инвертор 14 на вход триггера 15 измерени  периода, а также элемент 1 -HP.

0 10 на вход триггера 11 управлени . Трч.п-ер 15 измен ет свое состо ние на «О, чем заканчиваетс  формирование интервала ире мени, соответствующего периоду входных сигналов на входе элемента И 18. Триггер. 11 измен ет свое состо ние на «1 и вновь

5

5

происходит переключение управл ющих cni- налов.

Аналогично сложный измер емый сигна.ч проходит через устройства 2-4 и 9 на гер 11 управлени , измен ет его состо ние на «О, переключает управл ющие сигналы, т.е. возвращает преобразователь фаза-код в исходного состо ние.

Повторного формировани  интервала времени, соответствующего фазовому сдви35 гу на входе элемента И 12, не происходит, так как этот элемент управл етс  от пр мого выхода триггера 15 измерени  периода, который блокирует его после однократного замера интервала времени, соответствую40 щего периоду входных сигналов, и снимает блокировку с началом нового цикла измерени . Стабильные высокочастотные колебани  от генератора 20 квантующих импульсов , который может быть выполнен на логических интегральных схемах с кварцевой

45 стабилизацией частоты, поступают через элементы И 16 и 18, на входах которых присутствуют сформированные триггерами 11 и 15 интервалы времени, на двоичные счетчики импульсов 19 и 20, где происходит

5Q подсчет и запоминание импульсов, соответствующих периоду н фазовому сдвигу.

Временные диаграммы работы функциональных узлов (фиг. 1) представлены на фиг. 3, где т - длительность задержки одновибратора 13; Ц, ,Un - соответствен55 но сигналы на пр мом и инверсном выходах триггера 11 управлени ; Ujj - сигнал на выходе одновибратора 15; U,s, U,7 - соответственно сигналы на пр мом и инверсном выходах триггера 15 измерени  периода; UK , Uig - соответственно сигналы на выходах элементов И 16 и 18.

На выходе предлагаемого преобразовател  имеетс  параллельный двоичный код измеренного фазового сдвига и периода, врем  измерени  составл ет один период входных сигналов (IT). Полученный код в дальнейшем снимаетс  вычислительным устройством (ЭВМ, микрокомпрессор) по сигналу «Разрешение записи («Р.З.), сформированному триггером 15 измерени  периода . Сигнал «Р.З. формируетс  по окончании подсчета импульсов в счетчиках 17 и 19, его длительность равна IT. Врем , равное IT, достаточно вычислительному устройству дл  проведени  необходимых подсчетов и индикации полученных результатов . Таким образом, полное врем  цикла «измерение - обработка составл ет 2Т. Вычисление осуи},ествл етс  по формуле

Nip

иг

360°,

где Nly - число импульсов, зарегистрированных счетчиком, соответствующих фазовому сдвигу;

-число импульсов, зарегистрированных счетчиком, соответствую- ших периоду входных сигналов. Возможно осуш,ествление вычислени  частоты F входного сигнала по формуле

р f гкн

где {ркн - частота генератора квантующих импульсов.

Преобразователь может использоватьс  дл  построени  быстродействующего автоматизированного измерител  фазочастот- ных параметров, предназначенного дл  проведени  статического и в первую очередь динамического контрол  существенно переменных во времени сигналов как простьЕх или сложных, так и их комбинаций с основной погрешностью не более 0,1

Цифровой фазометр НФ-32, примен емый в измерительной технике дл  статического контрол , предназначен дл  измерени  сдвига фаз между двум  синусоидальными или двум  радиоимпульсными сигналами с основной погрешностью не более 0,5° и временем измерени  от 0,1 до 1 с.

По сравнению с промыщленным прибором НФ-32 новый измеритель фазочастот- ных параметров, построенный на основе коммутационного преобразовател , обладает при равных пределах измерени  (0... 360°) и диапазоне входных сигналов (0,1... 10В) значительно меньшей погрешностью измерени  (не более 0,1°), высокой достоверностью , максимальным быстродействием

(измеритель мгновенных значений), возможностью работать с различными сложными сигналами или их комбинацией с простыми, большими возможност ми автоматизации за счет исключени  калибровочных и настроечных операций, возможностью проведени  статического, динамического контрол  статической обработки результатов. Эти свойства позвол ют давать наиболее объективную оценку объекта контрол  и приме- н ть прибор дл  решени  задач, использующих фазочастотные принципы, при этом информационно-измерительные системы освобождаютс  от дополнительного оборудовани  и линий св зи, увеличиваетс  их на- 5 дежность, эффективность, экономичность.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Коммутационный преобразователь фаза-код , содержащий первый и второй элек тронные ключи, информационные входы которых соединены с входными шинами преобразовател , а управл юшие входы - с пр мым и инверсным выходами триггера управлени  соответственно, выходы обоих

   5 ключей соединены с входом формировател , генератор квантующих импульсов, выходом через элемент И соединенный с входом счетчика, выходы которого  вл ютс  выходами преобразовател , отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных

   0 возможностей за счет обеспечени  измерени  мгновенного значени  фазы сложных сигналов, повышени  достоверности и уменьшени  собственной методической погрешности , в него введены третий электронный ключ, три одновибратора,  чейка ИЛИ, ин вертор, триггер измерени  периода, два элемента И и второй счетчик, приче.м выход формировател  соединен с информационным входом непосредственно и с управл ющим входом третьего электронного ключа через

   0 последовательно соединенные два одновибратора , выход третьего электронного ключа соединен с входом  чейки ИЛИ, выходом соединенной с входом триггера управлени , пр мым выходом соединенного с вторым

   5

   входом  чейки ИЛИ и входом второго элемента И, а инверсным выходом - непосредственно с третьим входом  чейки ИЛИ, а через третий одновибратор - с четвертым входом  чейки ИЛИ, второй выход которой через инвертор соединен с входом

   0 триггера измерени  периода, пр мой 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  вл ютс  выходами преобразова5 те.-1 , выход генератора квантующих импульсов соединен с вторым входом третьего элемента И.

   i2

   6

   Ti

   r/

   Uii Uil

   %

   % %

   фиг. 2