SU690406A1 - Генератор-фазометр инфранизких частот - Google Patents

Description

(54) ГЕНЕРАТОР - ФАЗОМЕТР ИНФРАНИЗКИХ ЧАСТОТ

1

Изобретение относитс  к измерительной технике и может -быть использовано дл  определени  частотно-фазовых характеристик четырехполюсников в системах автоматического управлени  и регулировани  на инфранизких частотах.

При исследовании реальных систем автоматического управлени  на инфраниэких частотах возможно по вление посто нной составл ющей в выходных сигналах, что обусловлено особенностью построени  генераторов , конструкции исследуемой системы и специфики ее работы. Посто нна  составл юща  вносит погрешность в измерение сдвига фазы , величина которой зависит от величины посто нной составл ющейпо отношению к амплитуде измер еМОгО ; сигнала. Дл  увеличени  точности замера сдвига фазы необходимо замер ть и учитывать эту погрешность.

Известен цифровой фазометр, позвол ющий измер ть сдвиг фазы в инфранизком диапазоне частот с учетом погрешности, вносимой наличием посто нной составл ющей, содержащий формирователи импульсов, регистраторы максимума исследуемых напр же|ний , генератор эталонных частот,

умножитель чистоты, электронный

ключ и регистрирующее устройство 11,

Однако точность измерени  его не достаточна.

Известен также генератор-фазометр инфранизких частот, содержащнй нуль-органы, определ ющие моменты перехода измер емых сигналов,

0 через нуль, инверторыj ключи, схемы ИЛИ, триггеры управлени , реверсивный счетчик, инфранизкочастотный генератор 2. Данный генератор-фазометр позвол ет измер ть

5 сдвиг фазы с учетом погрешности, вносимой наличием посто нной составл ющей в измер в1«лх сигналах. Поскольку последовательное вычисление погрешности и учета ее дл  изме0 ренного значени  сдвига фазы на инфранизких частотах занимает большой отрезок времени, эти действи  в устройстве совмещаютс . Замер сдвига фазы известным устройст5 вом длитс  не более двух периодов измер емого Сигнала.

Недостатком известного устройст1ва  вл етс  сложность схемы, нали30 чие большого количества элементов,

что снижает показатели надежности устройства.

Целью предлагаемого изобретени   вл етс  упрощение устройства и повышение его надежности.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известный генераторфазометр инфранизких частот, со держащий два ключа, генератор, импульсный выход которого соединен с первым входом первого ключа и счетным входом триггера-делител , подключенного своим нулевым выходом к первому входу второго ключа , выходы лервого и второго ключе соединены с элементом ИЛИ, выход которого подсоединен к реверсивному счетчику, четыре элемента И, нуль-орган, выход которого соединен с одним из элементов И через инвертор, а с другим - непосредственно , два триггера, триггер управлени , триггер пуска, два зажима дл  подключени  объекта контрол , один из которых соединен с синусоидальным выходом генератора, а другой - с нуль-органом, введен дополнительный ключ, первый вход которого подключен к выходу триггера-делител , второй вход объединен со вторым входом второго ключа и подключен к нулевому выходу второго триггера и первому входу четвертого элемента И, соединенного вторым входом с выходом третьего элемента И, а выходом - с нулевыми входами первого и второго триггеро и триггера пуска,единичный выход крого соединен с первыми входами пего ,второго и третьего :5лементов И, первые входы которых подключены к левому выходу триггера управлени , подсоединенного своим единичным входом к первому дополнительному выходу генератора,второй дополнительный выход которого соединен со вторым входом первого элемента И, при этом единичные входы первого и второго триггеров подсоединены к выходам первого и второго элементов И, единичные выходы указанных триггеров - к третьему входу дополнительного ключа и к второму входу первого ключа соответственно, а нулевой выход первого триггера к третьему входу первого ключа и первому входу второго ключа, выход дополнительного ключа соединен со вторым входом реверсивного счетчика .

На чертеже приведена функциональна  схема насто щего устройства .

Генератор-фазометр инфраниэкой частоты содержит триггер пуска 1, нуль-орган 2, инвертор 3, элементы И 4/ 5, б, 7, триггер управлени  8, генератор 9, триггеры 10 и 11,

триггер-делитель 12, ключи 13-, 14 15, элемент ИЛИ 16, реверсивный счетчик 17,

Рассмотрим принцип измерени  сдвига фазы, заложенный в насто щем генераторе-фазометре инфранизких частот.

Как уже было сказано выше, при измерении сдвига фазы путем замера интервала времени между одноименными переходами через нуль сигналр на входе и выходе объекта контрол  (ОК) и заполнени  интервала времени импульсами с частотой i на тоности измерени  сказываетс  наличи посто нной составл ющей в измер емом сигнале. Погрешность измерени можно свести до минимума, если производить замер интервала времени между переходами через максимально значение сигналов на входе и выходе ОК и заполн ть его импульсами с частотой fj . Момент достижени  максимального значени  сигнала .на входе ОК можно зафиксировать, снима  сигналы с соответствующих цепей формировател  в генераторе инфраниЗких частот. Врем  достижени  максимального значени  сигнала на выходе ОК можно определить путем делени  на две равные части отрезка времени между переходами сигнала через нулевое значение из минуса в плюс и из плюса в минус. Практически это равносильно заполнению интервала т, т импульсами с частотой iziz нтервал времени между моментом достижени  максимального значени  сигнала на входе ОК до момента перехода через нулевое значение из минуса в плюс сигнала на выходе ОК заполн етс  импульсами с частотой fj . Дл  получени  результата измерени  сдвига фазы в градусах или в дес тых дол х градуса необходимо чтобы частота fg генератора импульсов измен лась синхронно с изменением частоты измер емого сигнала таким образом, чтобы одномуградусу синусоиды сигнала соответствовало 10 импульсов генератора, т.е. частота генератора импульсов должна в 360-Ю раз превышать частоту измер емого синусоидального сигнала . Дл  выполнени  заложенного в устройстве алгоритма работы в генераторе необходимо иметь два дополнительных выхода. С одного выхода поступает импульс в момент перехода синусоидального сигнала через нуль из минуса в плюс, а с другого выхода поступает импульс в момент перехода синусоидального сигнала через максимальное значение,

Рассмотрим работу устройства в случае, когда сдвиг фазы сигналов на входе и выходе ОК равен нулю.

а посто нна  составл юща  на выкоде ОК UQ О . Перед началом измерени  подаетс  команда Установка на триггер пуска 1, .триггер управлени  8, трипперы 10, 11 И реверсивный счетчик 17, При этом счетчик обнул етс , а триггеры устанавливаютс  в нулевое положение: на единичных выходах устанавливаетс  высокий отрицательный потенциал, на нулевых выходах - низкий потенциал. Ключи 13, 14, 15 срабатывают при наличии на двух входах высокого отрицательного потенциала. Поэтому в исходном состо нии эти ключи закрыты и на реверсивный счетчик 17 импульсы не поступают.

На отрицательные импульсы триггеры , примен емые в устройстве, не реагируют. Реверсивный счетчик 17 имеет два входа вход сложени  и вход вычитани .

С синусоидального выхода генератора 9 сигнал поступает на вход ОК, ас его выхода -.на нуль-орган 2. При переходе синусоидального сигна1ла на входе нуль-органа 2 через нуль из минуса в плюс на выходе его по вл етс  положительный импульс, а при переходе синусоидального сигнал через нуль из плюса в минус - отрицательный . С импульсного выхода генератора 9 поступают импульсы с частотой fj счетный вход триггера-делител  12, с нулевого выхода которого импульсы с частотой t, ;подаютс  на входы ключей 14 и 15.

Измерение начинаетс  по команде Пуск 1При этом на единичный вход триггера пуска 1 поступает полжительный импульс, который опрокидывает его в единичное положение, и на входы элементов И 4, 5, б с нулевого выхода триггера пуска 1 поступает высокий отрицательный потенциал . При переходе синусоидального сигнала на входе ОК через нулевое значение из минуса в плюс на первом дополнительном выходе пенератора 9 по вл етс  положительный импульс, опрокидывающий в единичное положение триггер 8, высокий отрицательный потенциал с нулевого выхода которого поступает на входы элементов И 4, 5, 6. При переходе синусоидального сигнала на выходе ОК через нулевое значение из минуса в плюс на выходе нуль-органа 2 по вл етс  положительный импульс, который поступает на элемент И 5, а с его вьгхода на единичный вход триггера 11 и опрокидывает последний в единичное положение. При этом на его нулевом выходе образуетс  высокий отрицательный потенциал , который поступает на входы ключей 14 и 15 и на вход элемента

и 7. Поскольку на обоих входах клю-ча 15 установились высокие отрицательные потенциалы, то ключ 15 открываетс  и импульсы с частотой f2 2пocтyпaют на вход вычитани  реверсивного счетчика 17. При достижении максимального значени  синусоидального сигнала на входе ОК на втором дополнительном выходе генератора 9 по вл етс  импульс, который через элемент И 4 поступает

to на единичный вход триггера 10 и опрокидывает его в единичное положение . В этом случае на единичном выходе триггера 10 образуетс  нулевой потенциал, который поступает

15 на вход ключа 15 и закрывает его, прекраща  подачу импульсов с частотой i2/2 на вход вычитани  реверсивного счетчика 17. Высокий отрицательный потенциал с нулевого выхода триггера 10 поступает на входы ключей

20 13 и 14. Поскольку на обоих входах ключа 14 установились высокие отрицательные потенциалы, он открываетс  и импульсы с частотой fg/ поступают на вход сложени  реверсивного

25 счетчика 17. При переходе синусоидального сигнала на выходе ОК через нуль с плюса в минус на выходе нульоргана 2 по вл етс  отрицательный импульс, который через инвертор 3

30 поступает на вход элемента И 6, с выхода которого Положительный импульс поступает на вход элемента И 7. Импульс с выхода элемента И 7 поступает на нулевые входы тригге5 ров 10, 11 и триггера пуска 1, опрокидыва  их в нулевое положение. При этом ключ 14 закрываетс  и прекращаетс  подача импульсов с частотой i2/2 на вход сложени  реверсив0 ного счетчика 17. Поскольку интервал времени, в течение которого импульсы с частотой 2/2 поступают на вход сложени , равен интервалу времени, в течение которого импульсы

5 с частотой поступают на вход вычитани  реверсивного счетчика 17, то количество импульсов, подсчитанное счетчиком 17, равно нулю. Таким образом, процесс измерени  сдвига фазы окончен.

0

При сдвиге фазы между синусоидальными сигналами на входе и выхбде ОК 0 ч -:90 и 180 :: f 270 9 алгоритм работы устройства аналогичен описанному выше. При этом посто нна 

5 составл юща  измер емого сигнала может быть как положительной так и отрицательной. Поскольку интервалы времени, в течение которых импульсы

с частотой f

поступаот на вхо2/2

0

ды сложени  и вычитани  реверсивного счетчика 17., в этом случае не равны между собой, то количество импульсов , подсчитанных счетчиком, будет отлично от нул  и пропорционально

5 измеренному сдвигу фазы.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства в случае, когда сдвиг фазы синусоидальных сигналов на входе и выходе СК равен нулю, а посто нна  составл юща  на выходе ОК УО 0. По команде Установка нул  схема устанавливаетс  в исходное положение . По команде Пуск опрокидываетс  триггер пуска 1, с нулевого выхода которого на входы элементов И 4, 5, б, поступает высокий отрицательный потенциал. При .переходе синусоидального сигнала на входе ОК через нуль из минуса в плюс на первом дополнительном выходе генератора 9 по вл етс  положительный импульс, опрокидывающий -триггер 8, высокий отрицательный потенциал с единичного выхода которого поступает на входы элементов И 4, 5, 6. При достижении синуСОйДй Гьного сигнала на входе ОК 5ак,симальнрго значени  на втором ЙОпОДНительном выходе генератора 9 йо 1вЛ ё гей положительный импульс., п6с1Упающий на вход элемента И 4, eBakofia которого - на единичный вход триггера 10, опрокидыва  последни1й в единичное положение. При этом на нулевом вьгходе триггера 10 образуетс  высокий отрицательный потенциал, поступающий на входы ключей 13 и 14, Поскольку на обоих входах ключа 13 установились высокие отрицательные потенциалы, то он открываетс  и импульсы с частотой 12поступают на вход сложени  реверсивного счетчика 17. При переходе синусоидального сигнала на выходе ОК через нулевой потенциал из плюса в минус на выходе нуль-органа 2 по вл етс  отрицательный импульс который через инвертор поступает на вход элемента И 6, а с выхода последнего - на вход элемента И 7, С выхода элемент:а И 7 импульс не поступает на триггеры 10, 11 и тригер пуска 1, поскольку на второй вход элемента И 7 с нулевого выхода триггера 11. поступает нулевой потенциа:л. Таким образом, состо ние схемы не изменитс  и реверсивный счетчик будет продолжать работать/в режиме сложени . При переходе синусоидального сигнала на .бк через нуль из минуса в плюс н,а выходе нуль-органа 2. по вл етс  Лоложительный импульс, который поступает на вход элемента И.5 с выхода которого - на единичный вход триггера 11, опрокидыва  пос ледний в единичное положение. При этом на нулевом выходе триггера 11 образуетс  высокий отрицательный потенциал, который поступает на вход элемента И 7 и на входы ключе 14 и 15. На единичном выходе триггера 11 образуетс  нулевой потенциал , который поступает на вход ключа 13, закрывает его и прекращает подачу импульсов с частотой fg на вход сложени  реверсивного счетчика 17. Поскольку на обоих входах ключа 14 присутствуют высокие отрицательные потенциалы, то ключ 14 открываетс  и. на вход сложени  реверсивного счетчика .17 поступают

импульсы с частотой f

При перег/2ходе синусоидального сигнала на выходе ОК через нуль из плюса в минус на выходе нуль-органа 2 по вл етс  отрицательный импульс, который через инвертор 3 поступает на вход элемента И б, а с выхода последнего - на вход элемента И 7, Импульс с выхода элемента И 7 поступает на нулевые входы триггеров 10, 11 и триггера пуска 1, опрокидыва  их в нулевое положение. При этом ключ 14 закрьюаетс  и прекращаетс  подача импульсов с чистотой igy на вход сложени  реверсивного счетчика 17. На этом процесс измерени  сдвига фазы заканчиваетс . В реверсивном счетчике 17 записано количество импульсов; соответств5 щее сдвигу фазы равному Збр. Поскольку период измер емой синусоиды равен, 360°, то результат измерени  ( ф 360°) соответствует нулевому сдвигу фазы.

При сдвиге фазы межде синусоидальными сигналами на входе и выходе ОК : 180° и 360 алгоритм работы устройства аналогичен описанному. В этом случае посто нна  составл юща  на выходе ОК может быть как положительной так и отрицательной.

Предлагаемый генератор-фазометр инфранизких частот также как и известный позвол ет измер ть сдвиг фазы синусоидальных сигналов на входе и выходе ОК с учетом погрешности , вносимой наличием посто нной составл ющей в измер емом сигнале. Однако насто щий генератор-фазометр содержит меньшееколичество элемент тов, имеет более простую структуру, а значит и более высокие показатели надежности, что имеет первостепенное значение на практике при выборе схемы проектируемого устройства .

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР 311214, кл. G 01 Т 25/00, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР 5 . 422322, кл. G 01 1 25/00, 1975

(прототип).