SU750382A1 - Цифровой измеритель разности фаз - Google Patents

Description

Изобретение относится к области измерения электрических величин, к устройствам для измерения фазового угла меж.ду напряжениями и токами.

Большинство известных цифровых измерителей разности фаз основаны на ^S подсчете числа импульсов эталонной частоты, заполняющих временной интервал между моментами перехода входных сигналов через нулевой уровень. *

Известен цифровой измеритель разности фаз £1], содержащий двухканальный преобразователь на базе триггера Шмидта, дискриминатор, логическую часть и цифровой счетчик. Входные сину- _|$ соидальные сигналы преобразуются этим устройством в импульсы прямоугольной формы и подаются на дискриминатор, выдающий прямоугольный импульс, длительность которого пропорциональна раз- 20 ности фаз входных сигналов. Логическая часть преобразует полученный сигнал в форму, удобную для регистрации и оценки, в число импульсов.

Недостатком известного устройства является сложность, которая заключается в необходимости использования генераторов стабилизированной частоты.

Известен цифровой измеритель фазового сдвига на квантовых самогенерирую— щих датчиках, который содержит источник эталонного тока, формирователь времени измерения, подключенный ко входу устройства, два преобразователя аналогчастота, каждый из которых содержит квантовый самогенерирующий датчик, установленный внутри магнитной системы, состоящей из опорной обмотки, подключенной к источнику эталонного тока, и соосной с ней рабочей обмотки, соединенной со входом устройства, частотный дискриминатор, подключенный к выходам преобразователей аналог—частота, и счетчик импульсов, суммирующий вход которого через вентиль соединен с выходом дискриминатора, а управляющий вход вентиля подключен к выходу формирователя времени измерения [2J.

³

Недостатком устройства является его' сложность и большие габариты, связанные с использованием двух преобразователей ток-частота, соединенных для исключения влияния на результаты измерения магнитного поля опорной обмотки по дифференциальной схеме. Это ограничивает область применения устройства й снижает надежность его работы.

Целью настоящего изобретения являет- j ся повышение надежности.

Это достигается тем, что цифровой измеритель разности фаз, содержащий формирователь времени измерения, преобразователь ток—частота на квантовом . j саморегулирующем датчике, установленном внутри магнитной системы, состоящей из опорной обмотки, соединенной с источником эталонного тока и соосной с пей первой рабочей обмотки, счетчик, сум— мирующий вход которого.соединен с выходом первого вентиля, введены второй, третий и четвертый вентили и вторая рабочая обмотка в магнитной системе преобразовагеля ток-частота, установленная соосно ; с первой рабочей обмоткой, причем первая и вторая рабочие обмотки соединены с выходами второго и третьего вентилей, а выход квантового саморегулирующего датчика, являющегося выходом преобразователя ток-частота, соединен с входами первого и четвертого вентилей, выход которого подсоединен к вычитающему входу счетчика, вход формирователя времени измерения соединен с входом первого вентиля, а выход — с управляющими входами первого, второго, третьего и четвертого вентилей.

Ба чертеже представлена блок-схема цифрового измерителя фазового сдвига. _t Цифровой измеритель содержит преобразователь ток-частота 1, состоящий из квантового самогенерирующего датчика 2, первой и второй рабочих обмоток 3 и 4, и опорной обмотки 5, первый, второй, третий и четвертый вентили 6, 7, 8, 9, источник эталонного тока 10, формирователь времени измерения 11 и счетчик 12.

Входные сигналы, протекающие по ра- . бочим обмоткам 3 и 4 преобразователя 1, и эталонный ток источника эталонного тока 10, протекающий по опорной обмотке 5, создают в эоне расположения датчика 2 магнитное поле, мгновенное значение напряженности которого зависит от состояния вентилей 7 и 8, управляемых формирователем времени измерения 11. Квантовый датчик 2 генерирует ’последовательность импульсов, частота следования которых пропорциональна напряженности магнитного поля. Эти импульсы через вентили 6 и 9, управляемые формирователем времени измерения 11, поступают соответственно на суммирующий или на вычитающий входы счетчика

12.

Формирователь времени измерения 11, задает время измерения, кратное периоду входных сигналов, и может быть построен, например, на базе двухканального триггера Шмидта и счетчика числа периодов. Кроме того, формирователь 11 в нечетные полупериоды открывает вентили 6, 7 и 8, а в четные - вентиль 9. Поэтому в нечетные полупериоды в зоне датчика 2 будет создаваться магнитное поле, равное алгебраической сумме магнитных полей встречно включенных рабочих обмоток 3, 4 и опорной обмотки 5, а в четные полупериоды — поле пропорциональное эталонному току.

Таким образом, на суммирующий вход счетчика 12 поступают импульсы с частотой £ д , пропорциональной полю, созданного в нечетные полупериоды, а на его вычитающий вход - импульсы с частотой, пропорциональной полю в Н четные полупериоды.

При этих условиях число, зафиксированное счетчиком за время измерения пропорционально измеряемому фазовому сдвигу.

Благодаря использованию вместо двух одного преобразователя ток—частота, объем аппаратуры не превышает (50— 60%) от объема аппаратуры прототипа. Кроме того, настоящее устройство по сравнению с прототипом более удобно в эксплуатации, так как не требует приня— ' тия специальных мер по устранению взаимного влияния квантовых датчиков друг на друга. По этой же причине это устройство должно обеспечить более высокую точность измерения фазового сдвига, ибо полностью устранить взаимное влияние датчиков невозможно. Количественный эффект повышения точности измерения зависит от качества используемых магнитных экранов и по предварительным оценкам составляет (10—15%).

Наконец, преимуществом данного технического решения является возможность его использования не только в качестве 1 измерителя сдвига фаз, но и как преобразователя амплитуды переменного тока в частоту, ибо при подаче сигнала только • на один вход устройства, число, фиксируемое счетчиком, будет пропорционально амплитуде входного сигнала.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к области из- мерени  электрических величин, к устро ствам дл  измерени  фазового угла меж . ду напр жени ми и токами. Большинство известных цифровых измерителей разности фаз основа кы на подсчете числа импульсов эталонной частоты, заполн ющих временной интервал между моментами перехода входных сигналов через нулевой уровень. Известен цифровой измеритель разности фаз ij, содержащий двухк&нальный преобразователь на базе триггера Шмидта, дискриминатор, логическую часть и цифровой счетчик. Входные сину соидальные сигналы преобразуютс  этим устройством в импульсы пр моугольной формы и подаютс  на дискриминатор, выдающий пр моугольный импульс, длительность которого пропорциональна разности фаа входных сигналов. Логическа  часть преобразует полученный сигнал в форму, удобную дл  регистрации и оценки, в число импульсов. Недостатком известного устройства  вл етс  сложность, котора  заключаетс  в необходимости использовани  генераторов стабилизированной частоты. Известен цифровой измеритель фазового сдвига на квантовых самогенерирующих датчиках, который содержит источник эталонного тока, формирователь времени измерени , подключенный ко входу устройства, два преобразовател  аналогчастота , каждый из которых содержит квантовый самогенерирующий датчик, установленный внутри магнитной системы, состо щей из опорной обмотки, подключенной к источнику эталонного тока, и соосной с ней рабочей обмотки, соединенной со входом устройства, частотный дискриминатор , подключенный к выходам преобразователей аналог-частота, и счетчкк импульсов, суммирующий вход которого через вентиль соединен с выходом дискриминатора , а управл ющий вход вентил  подключен к выходу формировател  времени измерени  2. Недостатком устройства  вл етс  его сложность и большие габариты, св занные с использованием двух преобразователей ток-частота, соединенных дл  исключени  вли ни  на результаты измере ни  магнитного пол  опорной обмотки по дифференциальной схеме. Это ограничивает область примецени  устройства и снижает надежность его работы. Целью насто щего изобретени   вл етс  повышение надежности. Это достигаетс  тем, что цифровой измеритель разности фаз, содержащий формирователь времени измерени , преобразователь ток--частота на квантовом . саморег улир аощем датчике, установленном внутри магнитной системы, состо щей из опорной обмотки, соединенной с источником эталонного тока и соосной с ней первой рабочей обмотки, счетчик, сум мирующий вкод которого.соединен с выходо первого вентил , введены второй, третий и четвертый вентили и втора  рабоча  обмотка в магнитной системе преобразов тел  ток-частота, установленна  соосно с первой рабочей обмоткой, причем перва  и втора  рабочие обмотки соединены с вь ходами второго и третьего вентилей, а выход квантового сал-юрегулирующего датчика,  вл ю егос  выходом преобразо вател  ток-частота, соединен с входами первого и четвертого вентилей, выход ко торого подсоединен к вычитающему входу счетчика, вход формировател  времени из мерени  соединен с входом первого венти л , а выход - с управл ющими входами первого, второго, третьего и четвертого вентилей. На чертеже представлена блок-схема цифрового измерител  фазового сдвига. Цифровой измеритель содержит преобразователь ток-частота 1, состо щий из квантового самогенернрующего датчика 2, первой и второй рабочих обмоток 3 и 4, и опорной обмотки 5, первый, второй , третий и четвертый вентили 6, 7, 8, О, источник эталонного тока 10, формирователь времени измерени  11 и сче чик 12. Входные сигналы, протекающие по рабочим обмоткам 3 и 4 преобразовател  1, и эталонный ток источника эталонного тока 10, протекающий по опорной обмотке 5, создают в зоне расположени  датчика 2 магнитное поле, мгновенное значение напр женности которого зависит от состо ни  вентилей 7 и 8, управ л емых формирователем времени измерени  11. Квантовый датчик 2 генерирует последовательность импульсов, частота следовани  которых пропорциональна напр женности магнитного пол . Эти импульы через вентили 6 и 9, управл емые формирователем времени измерени  11, поступают соответственно на суммирующий или на вычитающий входы счетчика 12. Формирователь времени измерени  11, задает врем  измерени , кратное периоду входных сигналов, и может быть построен , например, на базе двухканального триггера Шмидта и счетчика числа периодов . Кроме того, формирователь 11 в нечетные полупериоды открывает вентили 6, 7 и 8, а в четные - вентиль 9. Поэтому в нечетные полупериоды в зоне датчика 2 будет создаватьс  магнитное поле, равное алгебраической сумме магнитных полей встречно включенных рабочих обмоток 3, 4 и опорной обмотки 5, а в четные полупериоды - поле пропорциональное эталонному току. Таким образом, на суммирующий вход счетчика 12 поступают импульсы с час- пропорциональной полю, созданного в нечетные полупериоды, а на его вычитающий вход - импульсы с частотой , пропорциональной полю в И четные полупериоды. При этих услови х число, зафиксированное счетчиком за врем  измерени  пропорционально измер емому фазовому сдвигу. Благодар  использованию вместо двух одного преобразовател  ток-частота, объем аппаратуры не превышает (50- 60%) от объема аппаратуры прототипа. Кроме того, насто щее устройство по сравнению с прототипом более удобно в эксплуатации, так как не требует прин ти  специальных мер по устранению вза- имного вли ни  квантовых датчиков друг на друга. По этой же причине это устройство должно обеспечить более высокую точность измерени  фазового сдвига, ибо полностью устранить взаимное вли ние датчиков невозможно. Количественный эффект повышени  точности измерени  зависит от качества используемых магнитных экранов и по предварительным оценкам составл ет (10-15%). Наконец, преимуществом данного технического решени   вл етс  возможность его использовани  не только в качестве измерител  сдвига фаз, но и как преобразовател  амплитуды переменного тока в частоту, ибо при подаче сигнала только iHa один вход устройства, число, фиксиру мое счетчиком, будет пропорционально амплитуде входного сигнала. Формула изобретени  Цифровой измеритель разности фаз, содержащий формирователь времени изм рени , преобразователь ток частота на квантовом самогенерирующем датчике, установленном внутри магнитной системы , состо щей из опорной обмотки, сое диненной с источником эталонного тока и соосной с ней первой рабочей обмотки счетчик, суммирующий вход которого соединен с выходом первого вентил , отличающийс  тем, что, с целью повьплени  надежности, он снабжён вторым, третьим и четвертым вентил ми и второй рабочей обмоткой в ма нитной системе преобразовател  токчастота , установленной соосно с первой рабочей обмоткой, причем перва  и втора  рабочие обмотки соединены с выходами второго и трютьего вентилей, а выход квантового саморегулирующего датчика,  вл ющегос  выходом преобразовател  ток-частота, соединен с входами первого и четвертого вентилей, выход которого подсоединен к вычитающе- му входу счетчика, вход формировател  времени измерени  соединен с входом первого вентил , а выход - с управл ющими входами первого, второго, третьего и четвертого вентилей. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3906361, кл. 324-8ЗД, 1971.
2. 2.Кудр вцев В. Б. и др. Прецезионные частотные преобразователи, автоматизированных систем контрол  и управлени . Москва, 1974 г., с. 124.