SU924614A1 - Инфранизкочастотный фазометр - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к инфранизкочастотным фазометрам, формирующим результат измерени  в виде аналогового сигнала, знак которого зависит от знака измер емой разности фаз, и может быть использовано дл  оснащени  испытательных стендов, в системах фазового регулировани , а также как вторичные преобразователи.

Известен фазометр, в качестве ключевой цепи в котором используетс  триггер, управл емый остроконечными импульсами, формируемыми в моменты перехода через ноль сигналов, сдвиг фаз между которыми измер етс .Среднее значение тока пр моугольного импульса , формируемого триггером, пр мопропорционально сдвигу фаз. Ток измер етс  стрелочным прибором СИ.

Недостатком указанного фазометра  вл етс  то, что выходной сигнал прибора нельз  использовать дл  дальнейшей автоматической обработки. Быстродействие измерени  мало и нельз  измер ть сдвиг фаз при инфранизких частотах. При изменении знака разности фаз, така  схема не работает.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  инфранизкочастотний фазометр содержацип в двух каналах последовательно соединенные усилитель-ограничитель , формирователь временного интервала , схему совпадени , злектронный счетчик и блок пам ти, автогенератор высокостабильных колебаний, соединенный через делитель частоты, управл емый схемой управлени , с вторыми входами названных схем сов10 падений и индикатор, и снабженный источником опорного напр жени , делителем напр жени , реле включени  делител , блокинг-генератором, нульиндикатором и двум  дискретными ре15 зисторами 21..

Известное устройство выдает результат измерени  в аналоговой форме , но оно не работает, если мен етс  знак разности фаз, так каЛ из20 менение знака разности фаз выражаетс  в форме- скачка от нул  до максимума выходного сигнала. Быстродействие устройства занижено, так как после основного измерени  (длитель25 ности периода и длительности запаздывани ) выполн етс  раст нутое во времени дополнительное измерение (получение фазового угла из измеренных времен). Устройство имеет малый

30 частотный диапазон, так как схема управлени  делител  частоты не св зана с входными сигналами. В результате это приводит к большой погрешности измерени  при изменении частоты входного сигнала. Цель изобретени  - увеличение быстродействи  и точности измерени  Указанна  цель достигаетс  тем, что в инфранизкочастотный фазометр, содержащий два формировател , выходы которых соединены через блок управле ни  с соответствующими входами триггера , выход которого подсоединен к первому входу элемента совпадени , к второму входу которого подключен выход генератора при этом выход элемента совпадени  соединен с вхо-. дом счетчика, а выходы последнего с входами первого блока пам ти,, а также второй блок пам ти и источник напр жени ,, дополнительно введены дв преобразовател  цифра-аналог, сумматор , блок знака, блок коммутации знака, усилитель, три резистора, третий формирователь и две дифферен.цирующиб цепи, причем выходы формирователей через диффетренцирующие цеп подсоединены к соответствующим входа управлени  первого блока пам ти и входам блока знака одновременно, а третий вход блока знака соединен с вторым выходом блока управлени  и входом третьего формировател  одновременно , а выход последнего соеди-нен с входами управлени  второго бло ка пам ти и преобразователей цифра аналог , при этом два выхода блока знака подсоединены к соответствующим входам второго блока пам ти, подключенного выходом к входу управлени  блока коммутатора знака, вход которого подсоединен к выходу, источника напр жени , а выход через первый преобразователь цифра-аналог - к пер вому входу сумматора и первому резис тору одновременно, причём выход первого резистора соединен с входом усилител , а последний - через резисторы с своим выходом и выходом второго преобразовател ,цифра-анало первый вход которого подсоединен к выходу усилител , а остальные входы к соответствующим выходам счетчика, кроме того, выход второго преобразовател  цифра-аналог соединен с вторым входом сумматора, выход которого  вл етс  выходом прибора, причем вхо управлени  счетчика подключей к пер вому выходу блока управлени , а выходы первого блока пам ти - к соответствующим входам первого преобразо вател  цифра-аналог. При этом блок управлени  включает в себ  элемент ИЛИ и элемент совпаде ни , выходы которых  вл ютс  выходами блока управлени , а первые входы элементбв так же, как и вторые вхоы , объединены и  вл ютс  соответстующими входами блока управлени . Блок зннка включает в себ  два лемента совпадени , выходы которых оединены с входами триггера, первые ходы элементов совпадени  объединеы и  вл ютс  третьим входом блока нака, а вторые - первым и вторым вхоами блока знака. Блок коммутации знака состоит из ифференциального усилител , инверсный вход которого соединен через первый резистор с выходом усилител  и ькодом блока коммутации знака, а ерез второй.резистор -с входом блока коммутации знака, с которым через , третий резистор соединен пр мой вход усилител , к которому подключен четвертый резистор, второй вывод которого соединен с общей шиной через параллельно включенные п тый резистор и ключ, вход управлени  которого соединен с входом управлени  блока коммутации знака. На фиг.1 приведена структурна  схема фазометра; на фиг.2 - эпюры сигналов на выходах узлов. Фазометр содержит формирователи 1 и 2, блок 3 управлени , дифференцирующие цепи 4 и 5, триггер б, счетчик 7, блок 8 знака, третий форммирователь 9, элемент 10 совпадени , генератор 11, вырабатывающий импульсы напр жени  посто нной частоты. Выходы разр дов счетчика 7 соединены с входами блока 12 пам ти, входы управлени  которого соединены с выходами дифференцирующих цепей 4 и 5 и входами (первым и вторым) блока 8 знака. Выходы блока 8 знака соединены с входами блока 13 пам ти, выход которого подключен к входу управлени  блока 14 коммутатора Знака, соединенного входом с источником 15 напр жени  (посто нного по величине и знаку), а выходом с входом преобразовател  16 цифра-аналог, другие входы которого соединены с выходами блока 12 пам ти. Выход первого преобразовател  16 цифра-аналог соединен с одним входом cytviMaTOpa 17 и резистор 18с входом усилител  19. Вход усилител  19 соединен через резистор 20 со своим выходом и входом второго преобразовател  2J. цифра-аналог, выход которого соединен через резистор 22 с входом усилител  19 и вторым входом сумматора 17, выход которого соединен с выходом устройства. Другие входы второго преобразовател  21 цифра-аналог соединены с частью выходов счетчика 7. Выход формировател  9 соединен с входами управлени  блока 13 пам ти, преобразователей 16 и 21. Блок 3 управлени  состоит из элемента 23 ИЛИ и элемента 24 совпадени Блок 8 знака состоит из двух элементов 25 и 26 совпадени , триггера 27 Блок 14 коммутатора знака включает в себ  усилитель 28 дифференциаль ный, соединенный выходом с выходом блока 14, св занного через первый ре зистор 29 с инверсным входом усилите л  28. Инверсный вход усилител  28 соединен через второй резистор 30 с входом блока 14 коммутатора знака, к которому через третий резистор .31 подключен пр мой вход усилител  28 дифференциального. Пр мой вход усили тел  28 дифференциального соединен через четвертый резистор 32 и через параллельное соединение п того резис тора 33 и ключа 34 с общей шиной. Вход управлени  ключа 34 соединен с входом управлени  блока 14. Устройство работает следующим образом. Формирователи 1 и 2 вырабатывают из входных сигналов устройства последовательности пр моугольных им пульсов с длительностью Т и периодом повторител  2Т (Т- период повторител  входных сигналов). Их выходные сигналы и и U|j. Блок 3 управлени  вырабатывает два сигнала, получаемых логическим сложением на элементе ИЛИ 23 (,) и логическим умножением на элементе 24 совпадени  (UQ Триггер 6 управл етс  положительным перепадом Uijo, и отрицательным перепадом сигнала U(j. Длительность сигнала на выходе триг гера 6 (и) равна Т, и его начало синхронизировано с началом ранее по  вл ющегос  сигнала на выходах форм рователей 1 или 2. При наличии импу са на выходе триггера 6 через схему 10 от генератора 11 на счетчик 7 проход т импульсы напр жени  с пост  нной частотой f , . При изменении состо ни  триггера 6 счетчик 7 останавливаетс  и сохра н ет состо ние до момента, пока U не обратитс  в ноль. При этом проис ходит сброс счетчика 7. Дифференцирующие цепи 4 и 5 вырабатывают короткие импульсы напр жени  в моменты положительных периодов напр жени и 1 и и 0 соответственно. Если сигнал и ,, по вл етс  позже U(, то на выходе элемента 25 совпадени  - ноль, а на выходе элемента 26 совпадени  есть импульсы. При изменении соотно ни  между моментами по влени  сигна лов и ,, и и г измен етс  состо ние триггера 27 (Пг ), характеризующее знак разности фаз входных сигналов устройства. Импульсы с выходов дифференцирую щих цепей 4 и 5 служат командой на введение в блок 12 пам ти числа, тсчитанного в данный момент счетчиом 7. При втором (из серии в два импульа ) импульсе в блоке 12 пам ти запиываетс  число п f ...-Г(1) де - врем  между моментами начала сигналов и и f - частота генератора 11.. Отрицательным перепадом сигнала запускаетс  формирователь 9, выабатывающий импульс Од команды пеезаписи . При этом в блок 13 пам ти водитс  сигнал с триггера 27,  вл юийс  информацией о знаке разности аз, из блока 12 пам ти в пам ть пребразовател  16 вводитс  число п из четчика 7, с части его разр дов в ам ть преобразовател  21 вводитс  исло т, определ емое выражением m f,,. Т-С,(2) где С - посто нна  величина. Сигнал на выходе блока 13 пам ти правл ет знаком выходного сигнала лока 14 следующим образом. Напр жеие на выходе блока 14 при разомкнуом ключе 34 описываетс  выражением Кэо (R 4+R3i )-R ЗУ Rgg RiO (R-i-t+R п+Къз) де ( - посто нное напр жение на выходе источника 15; 31з2 сопротивление резисторов 29-33 соответственно . При замкнутом ключе 34 напр жеие на выходе блока 14 п -п R Rig НЗ 15 R (R +) сли прин ть, например, что n - и -и . ,.., 11+4-1 , , и.д .--, { S) 5 , f 1 +fl4d где dl- число, выбираемое из конструктивных соображений. Коммутаци  ключа 34 производитс  по команде, получаемой от блока 13 пам ти. Следовательно, изменение знака разности фаз вызывает изменение знака напр жени  на выходе бло ка 14. Напр жение на выходе преобразовател  16. описываетс  выражением . где , - маса абный коэффициент преобразовател  16. Напр жение на выходе усилител  19 и -Ь . RISL + Un . 1, (7) 19 rib R,e 1 RilV - напр жение на выходе преобразовател  21;

ift ппКпп сопротивление реэис10 14

торов 18, 20 и 22 соответственно.

Напр жение на выходе преобразовате21

и, .m.,(8) 5

kij - масшабный коэффициент преобразовател  21.

С учетом выражений (6)-(8) полу м

(9)

0.1 -Ч 16

1 + |ао.. RII Ч-1

Напр жение на выходе сумматора 17

равно

10) 15

U,(U,.k,.,, где ,. м-Ч масшабные ко циенты сумма 17. С учетом (9) получаем V 1 Y. м ( K().ii. Если выполнить условие k . i - k . - Rai п -Ui6 Представив в (13) выражени  (1 и (6), получаем ЛЬ П-О. П- Ч «ад о п оГо +5.-1--б Xnrt Кпл Кл Если прин ть, что k 46- , V с, Rao , т Т.О Ul4-k,v Так как величина т пропорцио на 2Si иГпропорционально разнос фаз ч, то выражение (16) соотве вует П W П 23Т Услови  (12) и (15) выполним следовательно, устройство измер разность фаз и формирует анало сигнал, пропорциональный ее вел не и имеющий соответствующий зн Точность устройства повышена счет цифрового измерени  дггител ти периЬда и времени запаздыван

и использование преобразователей цифра-аналог, технологи  и серийное изготовление узлов которых налажено.

Claims (4)

1. Быстродействие устройства по сравнению с известныьш возрастает, так как результат измерени  по вл етс  сразу после окончани  длительности периода и сохран етс  до следующей команды на ввод числа в преобразователи цифра-аналог. Получение выходного знакопеременного сигнала позвол ет использовать устройство в системах измерени  крут щего момента и системах регулировани , что расшир ет его область применени . Формула изобретени  1. Инфранизкочастотный фазометр, содержащий два формировател , выходы которых соединены через блок управлени  с соответствующими входами триггера, выход которого подсоединен к первому входу элемента совпадени , к второму входу которого подключен выход генератора, при этом выход элемента совпадени  соединен со входом счетчика, а выходы последнего - с входами первого блока пам ти, а также второй блок пам ти и источник напр жени , отличающийс  тем, что, с целью увеличени  быстродействи  и точности измерени , в него дополнительно введены два преобразовател  цифра-аналог, сумматор, блок знака, блок коммутации знака, усилитель, три резистора, третий формирователь и две дифференцирующие цепи, причем выходы формирователей через дифференцирующие цепи подсоединены к соответствующим входам управлени  первого блока пагл ти и входом блока знака одновременно, а третий вход блока знака соединен с вторым выходом блока управлени  и входом третьего формировател  одновременно, а выход последнего соединен с входами управлени  второго блока пам ти и преобразователей цифра-аналог, при этом два выхода блока знака подсоединены к соответствующим входам второго блока пам ти, подключенного выходом к входу управлени  блока коммутатора знака, вход которого подсоединен к выходу источника напр жени , а выход через первый преобразователь цифра-аналогк первому входу сумматора и первому резистору одновременно, причем выход первого резистора соединен с входом усилител , а последний - через резисторы с своим выходом второго преобразовател  цифра-аналог одновременно , первый вход которого подсоединен к выходу усилител , а остальные входы - к соответствующим выходам счетчика, кроме того, выход второго

   преобразовател  цифра-аналог соединен с вторым входом сумматора, выход которого  вл етс  выходом прибора , причем вход управлени  счетчика подключен к первому выходу блока управлени , а выходы первого блока пам ти - к соответствующим входам первого преобразовател  цифра-аналог.
2. 2.Фазометр по п,1, отличающий с   тем, что блок управлени  включает в себ  элемент ИЛИ и элемен совпадени , выходы которых  вл ютс  выходами блока управлени , а первые входы элементов так же, как и вторые входы, объединены и  вл ютс  соответствующими входами блока управлени 
3. 3.Фазометр по п.1, отличающий с   тем, что блок знака включает в себ  два элемента совпадени , выходы которых соединены с входами триггера, первые входы элементов совпадени  объединены и  вл ютс  третьим входом блока знака, а вторые - первым и вторым входами блока знака.
4. 4. Фазометр по п.1., отличающийс  тем, что блок коммутации знака включает в себ  дифференциальный усилитель, инверсный вход которого соединён через первый резистор с выходом усилител  и выходом блока коммутации знака, а через второй резистор с входом блока коммутации знака, с которым через третий резистор соединен пр мой вход, усилител , к которому подключен четвертый резистор , второй вывод которого соединен с общей шиной через параллельно включенные п тый резистор и ключ, вход управлени  которого соединен с входом управлени  блока коммутации знака.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1.Галахова О.П. и др. Основы фазометрии . Л., Энерги , 1976,

   с. 140-141,

   2.Авторское свидетельство СССР 351177, кл. G 01 R 25/08, 1972.

   -€И

   «/Г

   Уг 13 . 1 I 11 Uiu . - - r %t t/z. «/.,,.LJ

   iuz.i If i t