SU1656472A1 - Цифровой низкочастотный фазометр мгновенного значени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к фазоизмери- тельной технике и может быть использовано дл  измерени  угла сдвига фаз между двум  гармоническими колебани ми в области низких частот. С целью уменьшени  времени измерени  фазового сдвига и повышени  точности измерени  в фазометр введен второй интегратор, а преобразование периода сигнала и интервала времени, пропорционального сдвигу фаз, осуществл етс  в течение одного и того же периода исследуемого сигнала. Введенный интегратор обеспечивает совместно с аналого-цифровым преобразованием двойное интегрирование и определение отношени  интервала времени к периоду. 3 ил

Description

Изобретение относитс  к фазоизмери- тельной технике и может быть использовано дл  измерени  угла сдвига фаз между двум  гармоническими колебани ми в области низких частот.

Цель изобретени  - уменьшение времени измерени  фазового сдвига и повышение точности измерений.

На фиг.1 приведена структурна  схема фазометра; на фиг.2 и 3 -диаграммы напр жений , по сн ющие работу фазометра и блока управлени .

Устройство содержит формирователи 1 и 2, RS-триггер З, источник 4 опорного напр жени , электронные ключи 5-8, первый интегратор 9, второй интегратор 10, компаратор 11,узел 12 выборки-хранени , инвертирующий усилитель 13, блок 14 управлени , генератор 15 счетных импульсов , временной селектор 16. счетчик 17.

Первый вход фазометра через формиро- ватель 1 соединен с входом S RS-триггера З. первым входом блока 14 управлени  Второй вход фазометра через формирователь 2 соединен с входом R RS-триггера 3, выход которого соединен с четвертым входом блока 14 управлени . Источник 4 опорного напр жени  соединен с входом электронного ключа 5, выход которого соединен с точкой, объедин ющей выход электронного ключа 6 и вход первого интегратора 9, выход которого соединен с объединенными входами электронных ключей 6 и 7 и узла 12 выборки-хранени , выход которого соединен с входом инвертирующего усилител  13, выход которого соединен с входом электронного ключа 8. Вход второго интегратора 10 соединен с точкой, объедин ющей выходы электронных ключей 7 и 8, а выход - с входом компаратора 11 выход которого соединен с вторым входом блока 14 управлени .

О

сл о

4 х|

ю

Первый, третий, четвертый, п тый выходы блока 14 управлени  соединены соответственно с управл ющими входами электронных ключей 5-8, а второй выход блока 14 управлени  соединен с управл ющим входом узла 12 выборки-хранени . Генератор 15 счетных импульсов соединен с входом временного селектора 16, управл ющий вход которого соединен с шестым выходом блока 14 управлени , а выход - с входом счетчика 17, выход которого соединен с третьим входом блока 14 управлени .

Устройство работает следующим образом .

Формирователи 1 и 2 вырабатывают короткие импульсы, соответствующие переходу сигналов Ui и Ua через нуль из отрицательных значений в положительные (фиг.2а,б,в). На выходе RS-триггера З вырабатываетс  импульс,длительность которого At соответствует фазовому сдвигу Ду (фиг.2г), В исходном состо нии выходные напр жени  интеграторов 9 и 10 равны нулю.

Устройство имеет три рабочих такта В течение первого такта, который начнетс  с приходом импульса с выхода Q RS-триггера З на четвертый вход блока 14 управлени , последний на первом выходе вырабатывает импульс иГ (фиг.З), открывающий ключ 5. На вход первого интегратора 9 поступает посто нное напр жение Uo от источника 4. По заднему фронту импульса, приход щего с RS-триггера З, блок 14 управлени  на втором выходе вырабатывает импульс 1)2 (фиг.З), разрешающий запись напр жени  иинт1вузел 12 выборки-хранени  (фиг.2д). К этому времени выходное напр жение первого интегратора 9 будет равно

1 At1

11инт1 - - -г / U0 dt - U0 Д t. (1)

Т1

ri

где UHHT 1 - выходное напр жение первого интегратора за врем  At;

т - посто нна  времени первого мнтзг- ратора 9;

At - длительность импульса на выходе RS-триггера З.

С приходом второго импульса с формировател  1 ключ 5 закрываетс  и на интеграторе 9 будет напр жение:

иинт2 - f Uc г1 о

dt

:- Ги°т

где UMMT 2 - выходное напр жение первого интегратора за врем  Т:

Т - период колебаний исследуемого сигнала .

Таким образом, по окончании первого такта на выходе узла 12 выборки-хранени 

по витс  посто нное напр жение, пропорциональное At, а на выходе первого интегратора 9 - напр жение, пропорциональное периоду Т сигнала.

В начале второго такта, который начинаетс  в момент закрывани  ключа 5, блок 14 управлени  открывает (сигнал Us , фиг.З) электронный ключ 8 и на вход второго интегратора 10 поступает напр жение с инвертирующего усилител  13.6 этот же момент

открываетс  (сигнал UG , фиг.З) временной селектор 16 и на вход счетчика 17 разрешаетс  прохождение счетных импульсов с генератора 15 (фиг. 2е)

В момент, когда счетчик 17 переполнитс , второй такт закончитс  и интегратор 10 зар дитс  до напр жени  иинт3 (фиг.2ж)

Unm3 - к .

- и„„т1

to

г2- / (- иИнтО к dt

t2,

(3)

где УинтЗ выходное напр жение второго ™ интегратора 10 после второго такта;

Г2 - посто нна  времени второго интегратора 10;

К - коэффициент передачи инвертирующего усилител  13;

35t2 длительность второго такта, to Т I

Минус под знаком интеграла учитывает чю усилитель 13 инвертирует сигнал.

С началом третьего такта интегрировали ни , когда замкнут (1М . фиг.З) электронный ключ 7, на вход интегратора 10 поступает напр жение Unm2 с выхода первого интегратора 9. Конденсатор второго интегратора разр жаетс , и в момент, когда выходное 45 напр жение станет равным нулю (иинт + + иинт4 0), на выходе компаратора 11 вырабатываетс  импульс U2 (фиг.З), поступающий на второй вход блока 14 управлени . На его шестом выходе вырабатываетс  им- сд пульсГиа (фиг 3), запрещающий прохождение счетных импульсов через селектор 16 на вход счетчика 17 В этот же момент на третьем выходе блока 14 управлени  по витс  импульс Us (фиг.З). замыкающий на корот- 5 кое врем  ключ 6, производ  тем самым сброс интегратора 9 (фиг.2д) и возвраща  устройство в исходное состо ние.

Таким образом

Um i4 UnHi3

VI

1

UMHT t3,

И)

11инт2 dt - - toГ2

где 1з - длительность третьего такта, tx

to + t3.

Зна , что временные интервалы t2 и 1з заполн ютс  счетными импульсами генератора 15 с частотой f0. получим

-Ј:(5)

-Ј.(6)

о

где No, NX - число импульсов соответственно во втором и третьем тактах. Реша  уравнение (4):

1/ UiiHTl.,At ,,

t3 K-t2-T (7)

с учетом выражений (1) и (2), (5) и (6) NX -К No Nf - К No рх

Выбира  значение N0, кратным 36, можно получить отсчет непосредственно в градусах .

Преобразование интервалов времени At и Т в посто нные напр жени  осуществл етс  в течение одного периода сигнала Т и занимает один измерительный такт. В течение последующих двух тактов осуществл етс  деление этих напр жений посредством аналого-цифрового преобразовани . Таким образом, суммарное врем  измерени  составл ет

Т.ИЗМ1 Т + t2 + t3.(8)

где t изм1 врем  измерени  предлагаемого устройства;

Т - период исследуемого сигнала;

t2, 13 - длительность соответственно второго и третьего измерительных трактов.

В устройстве-прототипе за счет последовательного во врем  преобразовани  At и Т в посто нные напр жени  врем  измерени  составл ет

1изм2 2 Т + 12 + 13,(9)

где 1изм2 - врем  измерени  устройства- прототипа.

Таким образом, врем  измерени  сокращаетс  почти в два раза при Т т.2 + т.з

В св зи с тем, что преобразование At и Т в посто нные напр жени  осуществл етс  за один период исследуемого сигнала, то

устран етс  также дополнительна  погрешность , св занна  с возможным изменением частоты сигнала от периода к периоду.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Цифровой низкочастотный фазометр мгновенного значени , содержащий счетчик импульсов, два формировател , четыре

   электронных ключа, блок управлени  и генератор счетных импульсов, RS-триггер, источник опорного напр жени , интегратор, компаратор, узел выборки-хранени , инвертирующий усилитель, временной селектор,

   при этом входы формирователей  вл ютс  входами фазометра, а выход первого формировател  соединен с S-входом RS-тригге- ра и первым входом блока управлени , выход второго формировател  соединен с

   R-входом RS-триггера, выход которого соединен с четвертым входом блока управлени , выход источника опорного напр жени  соединен с входом первого электронного ключа, выход которого подключен к входу

   интегратора и выходу второго электронного ключа, вход которого соединен с выходом интегратора, а также с входами третьего электронного ключа и узла выборки-хранени , выход которого через инвертирующий

   усилитель соединен с ВАОДОМ четвертого электронного ключа первый, второй, третий , четвертый, п тый и шестой выходы блока управлени  соединены соответственно с управл ющими входами первого электронного ключа, узла выборки-хранени , второго , третьего и четвертого электронных ключей и временного селектора а второй и третий входы блока управлени  соединены соответственно с выходами компаратора и

   счетчика импульсов, генератор счетных импульсов через временной селектоо подключен к входу счетчика импульсов, отличающийс  тем, что. с целью уменьшени  времени измерени  фазового сдвига и повышени  точности измерений, в него дополнительно введен второй интегратор, вход которого соединен с обьединенными выходами третьего и четвертого электронных ключей, а выход - с входом компаратора.

   5$

   V

   .

   5

   «

   D

   I

   I

   «5$:§

   б S

   г

   в

   е

    

   Фиг 2

   Фиг.З