SU894595A1 - След щий фазометр - Google Patents

Description

{54) СЛЕДЯЩИЙ ФАЗОЖТР

Изобретение относитс  к измеритель ной технике и может использоватьс  дл измерени  угловых и линейных перемещений , .а также деформации при помощи фазовых датчиков, например поворотных или линейных индуктосинов. Известен фазометр, содержащийформирователи импульсов, триггерные делители частоты, схему И, коммутатор, выходы которого соединень со входами схемы И, один из делителей частоты со держит инвертор, m основных и fti -1 дополнительных триггеров, причем один из выходов (:г -1) -20 допол1Л1тельного триггера св зан со счетным входом П-20 основного триггера, другой выход- - со счетньм входом п-20 дополнительного триггера, соединенного с выходом инвертора, а выходы основных триггеров соединены со входами коммутатора. Приведенное устройство работает по принципу слежени  и позвол ет измер ть фазовые сдвиги в пределах 90°(тп 1,2,3,..) Недостатки такого фазометра - низка  точность фазового сдвига, обусловленна  применением однополупериодной схемы измерени , и низка  достоверность измерений из-за сбоев делителей частоты от помех. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  многоканальный фазометр, содержащий в каждом из каналов последовательно соединенные формирователи импульсов, делители частоты, инвертор, вход которого соединен с формирователем импульсов , коммутатор и элемент И, счетный триггер в опорном канале, один из выходов которого соединен с первым Входом элемента И, а вход - с выходом делителем частоты и со вторьм входом элемента И, в каждом канале второй делитель частоты, блок устранени  сбоев, дополнительные элементы И и i-ШИ, подключенные через нормайзатор и фильтр к коммутатору, при этом входы элемента ИЛИ соединены с ыходами первого и второго элементов И, первый и второй входы второго элемента И подключены соответственно ко второму выходу счетного триггера и инверсному выходу второго делител  частоты опорного канала, блок устранени  сбоев в каждом из каналов соединен по входам с пр мыми и инверсными выходами первого и второго делителей частоты, с выходами формировател  импульсов и инвертора, а по выходам со входами первого и второго делителей частоты, причем третий вход первого элемента И соединен с инверсным выходом первого делител  частоты, а третий вход второго элемента И - с пр мым выходом второго делител  частоты каждого из исследуемых каналов. , Диапазон измерени  фазометра t 2JfK 2.

Недостатками указанного фазометра  вл ютс  низка  точность измерени , наличие мертвых зон на кра х диапазона измерени  и низка  достоверность результата измерени  из-за веро тности сбоев делителей частоты.

Цель изобретени  - повьппение точности измерени .

Указанна  цель достигаетс  тем, что в след щий фазометр, содержащий в каждом канале усилитель-ограничитель , два формировател  импульсов, инвертор, вход которого соединен с выходом усилител -ограничител  и вхо дом первого формировател , счетный триггер, вход которого соединен с вы ходом усилител -ограничител  опорного канала, первый, второй, третий и четвертый элементы И, элемент ИЛИ, причем второй вход первого и третий вход третьего злементов И соединены с перВ1 1 выходом счетного триггера, а третьи входы второго и четвертого элемеитов И - со вторым выходом счет- j pa

иого триггера, нормализатор, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами элементов И, фильтр, вход которого соединен с выходом нормализатора , а выход - со входом аналогоцифрового преобразовател , выход которого подключен ко входу индикатора причем выход инвертора измерительного канала соединен с выходом второго формировател , введены первый, второй н третий элементы задержки, реверсивный счетчик, первый, второй, третий и четвертый компараторы, п тый , шестой, седьмой н восьмой элементы И, первый и второй ключи, первый , второй, третий, четвертый и п тый управл ю1чие триггеры, дифференциатор и третий и четвёртый формирователи , причем выход усилител -ограничител  опорного канала соединен со входом первого элемента задержки, выход которого соединен со входами третьего формировател  и второго элемента задержки, выход которого соединен со входом четвертого формировател  , выход которого соединен с периыми входами первого и четвертого управл ющих триггеров, выходы которых соединены с перпыми вход;1ми соответственно первых и четвертых элементов И, а йторые входы первого и третьего управл ющих триггеров соединены с выходом первого формировател  измеритель}1ого канала и первыми входами п того и шестого элементов И, второй вход п того элемента Н соединен с выходом третьего формировател ,

а выход - со вторым входом п того управл ющего триггера, первый выход которого соединен с третьим и нторым входами соответственно первого и второго элементов И, второй выход - со

Claims (2)

1. вторыми входами третьего и четвертого элементов И, а первый вход - с выходом шестого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого формировател  опорного каиаровател  измерительного канала и вторым входом четвертого триггера; второй вход индикатора соединен с выходом реверсивного счетчика, первый и второй входы которого соединены с выходами третьего и четвертого компараторов , причем второй вход третьего и первый вход четвертого компараторов соединены соответственно с источниками опорного напр жени  +V., , -, а первый вход третьего и второй вход четвертого компараторов соединены с выходом дифференциатора, вход которого соединен с выходом фильтра и перла; выход инвертора опорного капала соединен со входом третьего элемента задержки, выход которого соединен со входом второго формировател  опорного канала, выход которого соединен .с первыми входами второго и третьего управл ющих триггеров,, а выходы послед1шх соединены с первыми входами второго и третьего элементов И, а второй вход.второго триггесоединён с выходом второго формивым входом первого и вторым входом второго компараторов, а второй вход первого и первый вход второго компараторов соединены с источником опорного напр жени  + V /2, а выходы перг вого и второго компараторов соединены соответственно со вторыми входами седьмых и восьмых элементов И, первые входы которых соединены со вторым выходом п то.го управл ющего триггера , а выходы - с первыми входами соответственно первых и вторых ключей , вторые входы которых соединены с источниками опорного напр жени  соответственно +VQ/2, -Vo/2, а выходы - со вторым входом фильтра. На фиг. 1 представлена структурна  схема след щего фазометра; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы . След щий фазометр включает усилители-ограничители 1 и 2, формирователи 3-6 импульсов, инверторы 7 и 8, счетный триггер 9, элементы И 10-13, элемент lilM 14, нормализатор 15, . . фильтр 16, аналого-цифровой преобразователь 17, индикатор 18 первьгн элемент 19 задержки, второй элемент задержки, третий элемент 21 задерткки формирователи 22 и 23 импульсов, эле менты 24 и 25 совпадени , триггеры 26-30, ключи 31 и 32; реверсивный счетчик 33, дополнительные элементы И 34 и 35, компараторы 36-39, дифференциатор.40. . Фазометр работает следующим образом . Усилители-ограничители 1 и 2 формируют из исходных гармонических сиг налов импульсы (фиг.2а,в) ,фронты которых совпадают с моментами перехода 1рармоническим сигналом нулевого уровн Формирователи 3,4,5,22 и 23,импульсов . формируют по переднему фронту короткие ИМПУЛЬСЫ.Длительность коротких имйул Сов формирователей 5, 6, 22 и 23 выбираетс  минимальной, но достаточной дл  четкой работы триггеров по устан вочшлм входам. Формирователи 3 и 4 и пульсов вырабатывают импульсы, симме ричные относительно импульсов на выходе формировател  22 (фиг. 2с ,3, е) Длительность импульсов на выходе фор мировател  4 (фиг. 2 в) равна удвоен ному времени задержки элемента 20 за держки (t.1 2iciAUC ° пульсов на выходе формировател  3 ( фиг. 2,с) равна удвоенному суммарно му времени задержки элементов 19 и 2 Ц ( Врем  задержки элемента 21 равно сумме времени задержки элементов 19 и 20(4 j 3(«,,(a5ff)Врем  задержки элемента 20 должно быть больше мертвой зоны основного триггерного фазометра (триггеры 26 и | 2S). Ширина мертвой заэисит от длительности коротких импульсов, быстродействи  триггеров, соотношени  сигнал-помеха, а также частотного спектра помех. Врем  задержки элемента 19 должно быть больше чем дрожа 1ие сигнала и зависит только от соотношени  сигна -шум. Элемент 24 совпадени  пропускает короткие импульсы с выхода формировател  5 лишь тогда, когда они вход т в зону коротких ш пульсов (фиг 23) с выхода формировател  4. Элемент 25 совпадени  пропускает импульсы с выхода формировател  5, когда они наход тс  вне зоны коротких импульсов (иг. 2с) формировател  3. По структуре след щий фазометр  вл етс  двухшкальным прибором. Одна шкала используетс  дл  измерени  фазового сдвига -В пределах 0-360°, а втора  - дн  подсчета циклических кратных 360°. Импульс с сдвигов, выхода формировател  22 (фиг. 2б), соответствуюн ий началу положительной полуволны опорного сигнала, устанавливает триггеры 26.и 30 в единицу. Аналогично импульс с выхода формировател  23 (фиг. 2{), соответствующий началу отрицательной полуволны опорного сигнала, устанавливает триггеры 28 и 29 в единицу. Импульс с выхода формировател  5 (фиг. 2() устанавливает триггеры 26 и 29 в нуль. Аналогично импульс с выходаформиро ,вател  6 (фиг. 2Vi) , соответствующий началу отрицательной полуволны измерительной сигнала, устанавливает триггеры 28 и 30 в нуль. На временных диаграммах фиг. 2i ,J,(, 2 представлены сигналы на выходах триггеров 26, 28, 29 и 30. Триггеры 26 и 28 образуют основной двухполупериодный фазометру а триггеры 29 и 30 - дополнительный двухполупериодный фазометр. Двухполупериодные фазометры получаютс  за счет поочередного подключени  однополупериодных , которое осуществл ет сигнал с выхода счетного триггера 9 (фиг. 2mj. На временных . диаграммах фиг. 2 т , р представлены сигналы основного и дополнительного двухполупериодных фазометров. Характеристика дополнительного двух1;олу периодного фазометра сдвинута относительно характеристики основного фазометра на 180. Характеристика дополнительного фазометра в области малых значений сдви га фазы от (2К+0 расположе на вьппе характеристики основного фазометра на Vo /2, гр Vo - опорное йапр жение нормализатора, а в области больших значений сдвига фазы от (2K + l) до 231( характеристика дополнительного фазометра расположена ниже основной на Vo/2. Если изменение сдвига фазы происходит в области малых значений (сигнал с выхода компаратора 37 равен единице и импульс с выхода формировател  5 (фиг. 2а() входит в зону короткого импульса с выхода формировател  4, то триггер 27 устанавливаетс  в нуль. Одновременно происходит подключение к первому входу фильтра сигнала дополнительного фазометра и подключение смещени  -Vo/2 ко второму входу фильтра. Аналогично, если.сдвиг фаз находитс  в области больших значений И происходит вхождение импульса с выхода , формировател  5 (фи,г. 2qj) в зону импульса (4мг.2d) с выхода формиро вател  4,то происходит подключеиие сигнала дополнительного фазометра и смещение +Vo/2. Когда импульс с выхо-t да формировател  5 (фиг. 2qf) выходит за пределы зоны короткого импульса с выхода формировател  3 (фиг.2С.), триггер 27 устанавливаетс  в единицу и одновременно на вход фильтра подклю чаетс  сигнал с выхода основного фазо метра. Суммарна  характеристика фазометра имеет гистерезис, однако наличие его не сказываетс  на линейности зависимости напр жени  на выходе фильтра 16 от изменени  сдвига фазы в пределах одного цикла. Линейный участок характеристики фазометра равен 2-Л 4«2aL ( , где Л Ч - ширина гистерезиса, определ ема  дпительностью импульса на выходе формировател  3 (фиг. , длительность которого должна быть ч. меныпе половины периода исходной частоты (т.е.). След ща  часть устройства основан на том, что характерйстика.-фазометра имеет циклический, характер и при переходе с одного линейного участка на другой происходит скачок напр жени . Переходньп процесс в фильтре 16 при скачке напр жени  идентичен реакции фильтра на единичный скачок и определ етс  только свойствами фильтра.При увеличении фазового сдвига происходит скачок с максимального уровн  на уровень характеристики основного фазометра (область малых значений), а при уменьшении фазового сдвига происходит скачок с минимального уровн  на уровень характеристики основного фазометра (.область больших значений) . Абсолютна  величина скачка равна о . Посто нна  времени дифференциатора 40 выбираетс  с учетом переходной характеристики фильтра 16. При этом сигнал на выходе дифференциатора 40 принимает максимальное по амплитуде значение лишь в моменты скачка напр жени  на выходе фильтра 16, а при других более медленных изменени х напр жени  на выходе фильтра 16 сигнал дифференциатора 40 много меньше уставок напр жений (U), к которым подключены компараторы 38 и 39. В момент скачка один из компараторов формирует импульс, который измен ет содержимое реверсивного счетчика 33, и тем самым отслеживаетс  цикл, в котором происходит изменение фазового сдвига Формула изобретени  След щий фазометр, содержащий в каждом канале усилитель-ограничитель. два формировател  импульсов, инвертор , вход которого соединен с выходом усилител -ограничител  и входом первого формировател , счетный триггер , вход которого соединен с выходом усилител -ограничител  опорного канала, первьиЧ, второй, третий и четвертый элементы И, элемент ИЛИ, причем второй вход первого и третий вход третьего элементов И соединены с первым выходом счетного триггера, а. третьи входы второго и четвертого элементов И - со вторым выходом счетного триггера, нормализатор, вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, входь которого соединены с выходами элементов И, фильтр, вход которого соединен с выходом нормализатора , а вуход - со входом аналогоцифрового преобразовател , выход которого соединен со входом индикатора, причем Ъыход инвертора измерительного канала соединен с выходом второго формировател , отлич ающи й-

   с   тем, что, с целью повьшени  точности измерени , в него введены первый , второй и третий элементы задержки , реверсивный счетчик, первый, второй , третий и четвертый компаратор:, п тый, шестой, седьмой и восьмой элементы И, первый и второй ключи, первый , второй, третий, четвертый и п тый управл ющие триггеры, дифференциатор и третий и четвертый формирователи , причем выход усилител -ограничител  опорного канала соединен со входом первого элемента задержки, выход которого соединен со входами третьего формировател  и второго элемента задержки, выход которого соединен со входом четвертого формировател , выход которого соединен с первыми входами первого и чётвертого управл ющих триггеров, выходы -которых соединены с первыми входами соответственно первых и четвертых элементов И, а вторые входы первого и третьего управл ющих триггеров соединены с выходом первого формировател  измерительного канала и первыми входами п того и шестого элементов И, второй вход п того элемента И соединен с выходом третьего формировател , а выход - со вторым входом п того управл ющего триггера, первый выход которого соединен с третьим и вторым входами соответственно первого и второго элементов И, второй выход - со вторыми входами третьего и четвертого элементов И, а первый вход - с выходом шестого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого формировател  опорного канала выход инвертора опорного канала соединен со входом третьего элемента задержки, выход которого соединен со входом второго формировател  опорного канала выход которого.соединен с

   первыми входами второго и третьего управл ющих триггеров, а выходы последних соединены с первыми входами второго и третьего элементов И, а второй вход второго триггера соединен с выходом второго формировател  измерительного канала и вторым входом четвертого триггера; второй вход индикатора соединен с выходом реверсивного счетчика, первый и второй входы которого соединены с выходами третьего и четвертого компараторов, причем второй вход третьего и первый вход четвертого компараторов соединены соответственно с источниками опорного напр жени  +V , -V , а первый вход третьего и второй вход четвертого компараторов соединены с выходом дифференциатора, вход которого соединен с выходом фильтра и первым входом первого и вторым входом второго компараторов , а второй вход первого и первый вход второго компараторов соединены с источником опорного напр жени  + V/2, а выходы первого и второго компараторов соединены соответственно со вторьыи входами седьмых и восьмых элементов И, первые входы которых соединены со вторьм выходом п того управл ющего триггера, а выходы - с первыми входами соответственно первых и вторых ключей, вторые входы которых соединены с источниками опорного напр жени  соответственно , -Vo/2, а выходы со вторьм входом фильтра.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1 . Авторское свидетельство СССР № А10330, кл. С 01Я 25/00, 1974.
2. 2. Авторское свидетельство СССР по за вке К 2646178, кл. d 01 U 25/00, 1979.

   а

   иС

   с

   L

   е i

   Jl

   9

   (

   /

   H

   /

   1 rn

   JU

   UL

   i

   rn

   m

   -. i

   j

   JLJ:

   pue2