Цифровой инфранизкочастоткый фазометр- частотомер

Союз Соеетскик

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 17.VI I 1.1964 (№ 916981/26-10) с присоединением заявки №

11риоритет

Опубликовано ЗО.XI.1966. Бюллетень ¹ 24

Дата опубликования описания 7.1.1967

Кл. 21е, 36/03

МПК G 01r

УДК 621.317.761:

:621.317.772 (088,8) Комитет по делам изобретений и открытий при Сосете Министрае

СССР т °

;.т з

ЦИФРОВОЙ ИИФРАНИЗКОт1ЛСТОТИЫЙ ФАЗОМЕТРЧЛСТОТОМЕР

Известны цифровые инфранизкочастотные фазомет1эы с проментуточным время-импульсным преобразованием, содержащие эталонный генератор, управляемые вентили, счетчики импульсов, формирователь и регистрирующее устройство.

Для увеличения точности измерений и повышения оыстродсйствия предложенный фазометр-частотомер снабжен делителем частоты, включенным во входную цепь вычитающего счетчика последовательно с управляемым вентилем, и блоком управления, выполненным на логических элементах и реверсивном счетчике.

Один вход блока связан с формирователем, другой — с вычитающим счетчиком, а выходы — с управляемыми вентилями.

На фиг. 1 приведена упрощенная олок-схема описываемого устройства; на фиг. 2— блок управления фазометра; на фиг. 3, 4, о даны временные графики напряжений.

Блок-схема устройства содержит формировате Ib 1, эталонный reHep2Top 2, управляехпяе вентили 8, 4, блок 5 управления, делитель частоты б, суммирующий счетчик 7, вычптающий счетчик 8, управляемую схему 9 переноса, ре. гпстрирующее устройство 10.

Работа схемы в качестве фазометра. В исходном положении счетчики находятся в нулевом состоянии, а вентили 8 и 4 закрыты.

Процесс измерения начинается с открытия вентиля 8 на период Т. За первый период в

N вычитающии счетчик 8 вводится N = — имg пульсов на вычитание, где Л вЂ” число импульсов эталонного генератора за период на частоте fo, q — — коэффициент деления делителя.

После ввода числа N в вычитающий счетчик и установления на нем числа 2 — N вентиль 8 закрывается и число 2" — N переносится в суммирующий счетчик. Затем на время („,, соответствующее сдвигу фаз р, открывается вентиль 4, и на суммирующий счетчик поступает число импульсов ц. При поступлении в суммирующий счетчик первой пачки импульсов N из числа гг все его триггерные ячейки перейдут в состояние «0» и на выходе последнего триггера суммирующего счетчика получают первый импульс 1 ь Импульсом V< второй раз с помощью схемы переноса переносится показание вычитающего счетчика, равнос 2 — И, в суммирующий счетчик. После поступления в суммирующий счетчик второй пачки импульсов N из числа и на его выходе появляется второй импульс V2. Каждая последующая пачка импульсов N дает импульс на выходе суммирующего счетчика.

Число импульсов N на выходе суммирующего счетчика за время t„ равно числу пачек

30 по N импульсов:

f89485 и п

1 ;. = —, =Ч =Ч вЂ” т лг т

Число импульсов N.- фиксируется регистрирующим устройством 10.

Если в (1) полагать, что и есть число импульсов эталонного генератора, например, за одну секунду, то на выходе получим число импульсов N, пропорциональное частоте сигнала f„„: . п и

У1 — — — q — = qf,.

N N

Из (1) видно, что блок-схема может быть применена в качестве частотомера, делитель частоты при этом используется и в качестве задатчика времени.

Если измерение сдвига фаз производится за

S периодов измеряемого сигнала, то из (1) получим:

Sn n

N = —.= qS — =qS —"

N N Т (2) Здесь P — величина, обратная дискретности отсчета в импульсах на градус; и = f pt; Л =

= fpT.

Сравнивая (2) и (3), получим:

Sq = 360ð. (4) Если считать, что в числах и и N допустимая погрешность составляет один импульс (Хи=ХИ =1) и n (N q, то из (2) и (3) получим (360(1+ ) 360 1+7 (5)

И N q

Из (5) получаем минимальное число импульсов за период

Максимально допустимое число импульсов за период определяется из условия непереполнения счетчиков

N„,„,(2к. () Из (6) и (7) получаем отношение

f макс

/и:

MBH (8) используемое при определении диапазоноь фазометра.

Погрешность результата бф, обусловленная погрешностью выходных данных и погрешностью дискретности самого вычислительного устройства, равна:

Для измерения угла сдвига фаз в градусах или долях градуса необходимо реализовать условие п

N, = ) в = 360 — = 360 †. (3) бф= ф+ (9)

j5

Учитывая погрешность вычислительного устройства, обусловленную конечным временем срабатывания логических элементов схемы, получим

360 1+ 2q (ба) мин Ь Ч

Рассмотренный однополупериодный метод измерения фазы может быть использован только при синусоидальных напряжениях сигнала. При наличии постоянной составляющей в одном из напряжений сигнала необходим фазометр двухполупериодного действия, в котором в суммирующий счетчик за каждый цикл измерения вводятся две пачки импульсов n =fpt, и n"=fpt,. (см. фиг. 3), а и и ф

20 определяются как средние значения: и= — (n +и"); ф= — (cp +ñð"), 2 2 где 1о

25 ф =ф+а; ф"=cp — а; а=агсз1п

К,, а — угол, соответствующий изменению угла ф при появлении в напряжении U2 (t) постоянной составляющей

U ) 0.

Для измерения угла сдвига фаз от 0 до

360 двухполупериодным фазометром при различных значениях постоянной составляющей

Up с=-0, каждый цикл измерения S занимаег три периода.

Соотношение (4) для двухполупериодного фазометра запишется в виде

Sq = 180р. (4а)

При автоматической работе двухполупериодного фазометра выражение (4а) запишется в виде

q= 180р.

Блок управления фазометра (фиг. 3) содержит реверсивный счетчик 11 и логические элементы. Реверсивный счетчик в режиме вычитания считает число S периодов ввода, а в режиме сложения — число S циклов измерения, При вводе числ- N„,„„â вычитающий счетчик с этого счетчика поступает сигнал на Т8 и на переключение реверсивного счетчика с вычитания на сложение, а ввод числа У в вычитающий счетчик продолжается до конца данного S-ro периода. С завершением $-ro периода ввода начинается процесс измерения.

После каждого цикла измерения поступает сигнал в реверсивный счетчик на суммирование. Через 5 циклов измерения с выхода реверсивного счетчика поступает сигнал на окончание измерения.

Для предлагаемого фазометра соотношение

65 (5) запишется в виде

189485 (5a) В этом приборе q IфIIи,кKсeиnрpоoIвIа нnоo, а S переменно и IIe связано с I7, поэтому имеется возможность повысить точность измерения за счет $ (5а).

Блок управления работает следующим образомм.

В исходном положении все триггерпые ячейки схемы (см. фиг. 3) находятся в нулевом состоянии. За нулевое состояние триггера принято состояние, при котором левый триод открыт, а правый закрыт. В соответствии с этим на левом коллекторе находится малый отрицательный потенциал.

Все вентили открываются большим отрицательным потенциалом и закрываются малым.

Двойные вентили открыты только тогда, когда оба потенциальных входа находятся под большим отрицательным потенциалом.

В исходном состоянии вентили В» В.- и вентили, обеспечивающие работу реверсивного счетчика на суммирование, открыты, так как они управляются правыми выходами триггерных ячеек схемы управления. Все остальные вентили в исходном состоянии закрыты, поскольку они управляются левыми выходами триггерных ячеек.

Вентиль 8 управляет импульсами N, поступающими с делителя частоты nQ вычитающий счетчик. Вентиль 4 управляет импульсами ц и и", поступающими на вход суммирующего счетчика. Реверсивный счетчик состоит нз триггерных ячеек Т9, Т1, Т» и вентилей, обеспечивающих его работу на сложение и вычитапие. Реверсивный счетчик автоматически задает число циклов измерения, равное числу периодов ввода S в вычитающий счетчик 4р

N„ „„. Блок 5 управляется импульсами Vi, Г,;

V>, V, входного устройства, возникающими в момент перехода напряжений сигнала UI(t) и

Ug(L) через нулевые значения импульсом от вычитающего счетчика, возникающего в момент введения в него числа N;„,, Порядок следования управляющих импульсов зависит от величины и знака постоянной составляющей U< и угла сдвига фаз между напряжениями. Поэтому последовательность раооты Отдельных элементов схемы различная при различных значениях ср и UII.

На фиг. 4 показаны кривые напряжений и последовательность импульсов формирователя M для случая гр=0; Uo(0.

При включении ключа К первым импульсом

VI триггер Т1 переключается в состояние «1» и открывает вентиль 8 на ввод числа NÄ,„„в вычитающий счстчик. Последующие импульсы входного устройства не воздействуют на схему управления, пока пе поступит на вычитающий счетчик число импульсов N„,„„. После ввода числа N„ „„â вычитающий счетчик с него поступает импульс на триггер Т8 блока управления. Этот импульс переводит Т8 в состояние «1» и открывает вентили В> и Â . Далее очередной импульс VI перебрасывает триггерные ячейки Tf и Т3 в «О» и «1». При этом вентиль 8 закрывается, а вентиль 4 открывается. Одновременно с этим триггер Т, переключает реверсивный счетчик Л на вычитание. Этой операцией заканчивается S периодов ввода числа У„„,, в вычитающий счетчик и начинается первый цикл измерения. При переходе Т1 из «1» в «О» триггер Т» переходит из состояния «О» в «1» и закрывает вентиль

ÂI. На этом работа триггеров Т и Т заканчивается. При переключении триггера Т> из «О» в «1» триггер Т переходит из «О» в «1», закрывает вентиль В> и открывает вентили В4 и

Вз За время ввода, пока триггер Т, находится в состоянии «1», импульсы VI поступали в реверсивный счетчик па вычитание. Число импульсов VI, поступающих в реверсивный счетчик на вычитание, равно числу периодов ввода числа N,,„„в вычитающий счетчик. После переключения реверсивного счетчика на суммирование, на его вход поступают импульсы с триггера Т-„который выдает за цикл измерения один импульс.

Первый цикл измерения, начинающийся с очередного импульса VI, продолжается до имР пульса V и с импульса VI до импульса V . В эти промежутки времени открывается вентиль

В1, и на суммирующий счетчик поступают две пачки импульсов 11 и п" первого цикла измерения, Все последующие циклы измерения из числа $ протекают аналогично.

После выполнения S циклов измерения с выхода реверсивного счетчика поступает импульс на Тв, и через Т8 на закрытие вентилей

В., и В,. Процесс измерения закончен. На выходном счетчике получим число ср, равное: (р= — (cp + р") = — (а+720 — а) =0 .

2 2

Здесь cp — сдвиг фаз в интервале VI — V, соответствующем углу ср =а; ср" — сдвиг фаз в интервале V — V ", соответствующем углу

720 — а.

При угле сдвига фаз a)rp>360 — а и Uo(0 последовательность импульсов 1 » V, Vz, Vz будет такая же, как и при (p=0, Up(0 (Uy—

V — V — Т ), и работа схемы будет аналогичпсй. В этом случае, а также при a(Ip)360 — а и 00>0 триггерная ячейка Т с вентилем В выполняет роль блокировки первого импульса

V., следующего за импульсом V>, так как вентиль 4 в этом случае должен закрыться от второго импульса V>, следующего за импульсом

На фиг. 2 показан случай, когда л — a>Ip)

>а; Uo(0. В этом случае импульсы идут в следующей последовательности: VI — V> — Vi— — V>. Вентиль 4 в открытом состоянии нахо7 дится в интервалах V> — V и Т вЂ” V. Первый интервал соответствует углу p =(p+u, второй

cp"=ср — а и показание выходного счетчика соответствует углу

Ч 2(Ч+%) Отличие этого случая в том, что триггер Т,„ в работе схемы участия не принимает.

При 2л — u)(p)n — и, У,(0 вентиль 4 открыт в интервалах V — V> и V(— V . В этом случае триггер Т((работает от импульсов но блокировки импульсов V>" не производится.

На фиг. 5 (р=л — u; Up<0 и импульсы следуют в последователь((ости U(— V — V(— U, причем импульсы V> и V(совпадают.

Для правильного измерения в работу схемы вступает схема «И» и олок задержки (53) (фиг. 3) .

Для того чтобы вентиль 4 был открыт в интервалах времени V> — V> и V(— Г>> необходим(о после импульса V>, который ставит триггерную ячейку 76 в состояние «1» и закрывает B„ oc B((T(T6 вновь в состояние «О». Эту работу выполняет схема «И» и. блок задержки. От импульса Г срабатывает триггер Т, и выдает положительный импульс в схему «И», а от импульса V(срабатывает триггер Т;;, а

)89485 через него Т(. Отрицательный импульс с Т( поступает на схему «И». При совпадении положительного импульса от Тб и отрицательного импульса от Т, схема выдает импульс на

Т . Чтобы импульс от схемы «И» не наложился на импульс U>, он проходит через блок задержки. Импульс от блока задержки ставит

Тб в состояние «О», и вентиль В„открывается.

Импульс V пройдет через В6, поставит Тз в состояние «О» и закроет вентиль 4. На этом цикл измерения закапчиьается.

Предмет изобретения

Цифровой инфранизкочастотпый фазометрчастотомер с промежуточным время-импульсным преобразованием, содержащий эталонный генератор, выход которого через управляемые вентили связан с входами суп(ирующего и вычитающего счетчиков импульсов, формирователь и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерений и повышения быстродействия, он снабжен делителем частоты, включенным во входную цепь вычитающего счетчика последовательно с управляемым вентилем, и выполненным на логических элементах и реверсивном счетчике блоком управления, один из входов которого связан с формирователем, другой вход — с вычитающим счетчиком, а выходы — с управляемыми вентилями.

189485

V 2 Риг. Х

Заказ 4139/14 Тираж 1525 Формат бум. 60X90 /ц Объем 0,64 изд. л. Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прн Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель Ю. Шевколович

Редактор Т. Рыбалова Техред А. А. Камышникова Корректоры: О. Б. Тюрина и Т. Н. Костикова