Цифровой фазометр

 

385236

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистимеских

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 21.Х.1970 (№ 1491210/26-9) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет—

Опубликовано 29.V.1973. Бюллетень № 25

Дата опубликования описания 17.Х.1973

М. Кл. G 01г 25/06

Государственно(й комитет

Сонета 1йиннстроа СССР оо делам иэооретеннй н открмтий

УДК 621.317.77 (088.8) Авторы изобретения

М. Я. Минц, В. Н. Чиннов, М. В. Папаика, Е. Л. Рябченко, В. П. Гапченко и В. А. Комиссаров

Заявитель

ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР

27с

1! = — i, и(() n — 1

+ 2ф+ (р — р)) U! (/) = V, sin (u>t + )), U, (t) = К„sin ((ot + ф + q), N = n V,V cos ((i — р). (2) Известен ци(фровой фазометр, содержащий два множительных устройства, подключенных через .реверсивные счетчики к цифровому логометру, и блок управления.

Цель изобретения — повышение точности измерения сдвигов фаз основных гармоник исследуемых сигналов в диапазоне инфранизких частот.

Предлагаемый фазометр отличается от известных тем, что в нем входы каждого из множительных устройств подключены к выхо. дам двух преобразователей аналог — код, ревврсивные счетчики соединены поразрядно блоком переноса, а к выходу цифрового лотометра подключен дискретный выключатель ф.азы.

Пусть сигналы (допустим, два напряжения У((t), U>(t), между которыми измеряется фазовый сдвиг, изменяются по следующим законам: где о) — измеряемый фазовый сдвиг; ф — начальная фаза.

Преобразуем напряжение У! (1) в точках

o)ti и нап(ряжение U> (t) в точках (o)t; — Я в числовые эквиваленты, причем квантование напряжений осуществим равномерно по периоду, т. е. где и — число точек квантования, Р— постоянный фазовый сдвиг, выби2! раемый из условия )о (—. и

Сумма произведений мгновенных значений напряжений У! (<о1;) и U, (()1, — р) составит

N = Ут Vm., Sin (o)ti + ф) sin ((oti+ ф—

i-o и — 1 — + ) == (сов (у — Я вЂ” сов (2и!;+

i — o или

У=лГ,Г,сов (p — р) — (,(, сов(2ы1; +

i=1

+2ф+ — И.

При и ) 2 второе слагаемое в этом выражении обращается в нуль, тогда

З0 В результате квантования напряжения

385236

U2(01t) по уровню при двух значениях угла

Ф, например р1 и р2, т. е. в точках (t,— p1) и (1 t Ф2), IH умножения полученных мгновенных значений на мгновенные значения напряжения UI(М1) согласно выражениям (1) и (2) N = nV V cos(р — (1), N2 = nV,V., cos (р — 2). (3) Если углы Р выбрать, как это сделано в т N (Ц, равными P,=O и P2 — — —, то tg = =

N и р .= агс tg — .

21

При выполнении условия 1= — =- (И

1" 2

N,+N» или

N1+ N2

ctgq =

2 откуда

N1+ р=агс tg

У1 — N» или р = агс ctg

N1 + Л 2

1 2

В описываемом угол

О = агс tg

1 1 1 2 1+ Л1 или

H = агс ctg, --

iN,+N

Искомый фазовый сдвиг связан с углом О следующим образом: р = 180 — 8.

На чертеже приведена блок-схема фазометра.

В состав фазометра входят преобразователи аналог-код 1 и:2, блок управления 8, множительные устройства 4 и 5, реверсивные (интегрирующие) счетчики б и 7, блок переноса

8; цифровой логометр 9, вычислитель фазы 10, состоящий из делителя частоты 11 с переменным коэффициентом деления, регистрирующего счетчика фазы 12 и коммутатора 18, Пусть на входы фааометра 1пода ны сигналы: на вход I — напряжение U,1(и1), а на при 0<р(—

2 при — (q (11

3 пРи 1 (1Р (—

4 при — — < y -<О фазометре вычисляется вход Il — напряжение U2(t). Эти сигналы поступают одновременно на преобразователи аналог-код 1 и 2 и блок управления 8.

Преобразователи 1 и 2 преобразуют мгновенные значения исследуемых сигналов в цифровой код в точках квантования и г и t;+-Р соответственно.

Импульсные входы преобразователей, по которым происходит их запуск, подключены к выходам блока управления 8, задающего как число точек, так и моменты преобразования. Выходы множительных устройств 4 и 5 подключены,ко входам реверсивных счетчиков б и 7. Последние поразрядно соединены между собой блоком переноса 8, подключены к выходам блока управления 8, IIQ которым поступают сигналы для задания режимов их работы (на суммирование или вычитание), и ко входам цифрового логометра 9. Выход логометра соединен с одним из выходов вычислителя фазы 10. Другой вход вычислителя фазы и импульсный вход блока переноса 8 подключены,к выходам блока управления 8.

Работа фазометра заключается в следу 5 ющем. Исследуемые сигналы U2(01t) и U2(t) поступают на вхбды преобразователей 1 и 2 и на блок управления 8. Блок управления формирует импульсы запуска преобразователей.

Числовые эквиваленты мгновенных значений напряжен ий У1, (>t;) и U2 (И; — P),постулают tHB,множительное успройств о 4, а мгновенных зна чен ий на пряжений UI (И;) и

U2(<>t;+P) — на м(ножительное устройство 5.

Импульсы с выходов множительных устройств записываются в реверсивные счетчики б и 7 соответственно с учетом, знаков произведений; при этом режим, работы счетчиков (суммирование или вычитание) задается блоком управ4О ления 8. B результате сложения и произве де-. нмй счетчики б и 7 фик1си руют величины И1 и Л соответственно. На этом преобразование мгновенных значений исследуемых сигналов прекращается, а по сигналу с блока управ45 ления 8 на блок переноса 8 показания счетчиков б и 7 взаимно переносятся параллельным кодом. При этом показания в одном счетчике складываются, а в другом — вычитаются.

Затем импульсы из счетчиков выводят и по5о дают на цифровой логомевр 9, где получают

N,— М; У,+N, отношение - или

9 Ю

Вычислитель фазы 10, на вход, которого поступают импульсы с выхода цифрового логометра 9, реализует одно из этих отношений.

Вычисление фазы основано на кусочно-линейной аппроксимации функции tg8. Количество линейных участков аппроксимации и их угловые коэффициенты определяются максимальной погрешностью аппроксимации (@ä)òàõ . (AH,),„,„,- = arc tg$ k1 — 1 — 61 1 — ф k1 — 1 — tg81

65 k1

385236 где Й вЂ” угловой коэффициент линейных участков а ппрэысимацни;

9I — значение аргумента,в узле аипрэксимации.

Отметии, что функция тангенса достаточно линейна в пределах от 0 до 45, а затемлиней!ность сильно ухудшается и для ее airr!ггроксимации в пределах от 45 до 90 с по!грешностью (Лба),„,,потребовалось бы 3!нач ительно больше участков. Кроме того, в точке

О =90 и близких к ней возни кает неэп!ределе!н!ность. Поэтому целесообразно tg 8 ври 45 (8 (90 заменить функцией

tg а=-tg (90 — О) = ctg О.

Топда а = 90 — 8 или

8 = 90 — а.

Это обстоятельство учитывается в предлагаемом фазометре следующим образом. Если

7С (rI!) (—, то,показания счетчика 7 пере!носятся в счетчи!к б на вычита ние, а !по казания счетчика б в счетчик 7,на сложение и лоll гометром 9 вычисляется tgO. Если же )ф ) 4, показа!н ия переносятся так: в счетчик б — на сложение, в счетчик 7 — на вычитание.

Таким образом .в обоих случаях вычисляется функция та!нпенса, заданная в числовой форме, путем сраанания ее с эталонной мерой lrtg0, которая соответствует пр!и ли нейном приблискени и определенному значению аргумента 8. Наи!более удобным о казалось воспроизведение этало!и ной мары с помощью дел ителя частоты. Величина,коэффициента деления gl делителя частоты на каждом из участков определяется допустимой !потрешностью дискретности тН и выбирается из условия:

e l — el

Коэффициент деления gi в узлах а!ппрокоимации должен изменяться автоматически.

При вычислении фазы в,предлатаемом фазометре импульсы с выхода цифрового логометра 9 посту!пают,на вход делителя частоты

11 с переме!н!ным коэффициентом деления и дальше на счетчик фазы 12. Коэффициенты деления делителя 11 изменяются счетчиком

12 через коммутатор 18. Для вычисления фазы с погрешяостью аппраксимации 30 достаточно взять т!ри участка, а с погрешностью

10 — семь участкэв. Приближенное значение фазы, найденное с помощью вычислителя 10, определяется выражением: где tg 6 и 8 — п!риближенные .значения функции и аргуме!нта при ли!нейной аппро кснмации.

7i

При этом если ф (—, то 6 =

N — N, г

= arctg l, если же р ) —, то

)8 (= 90 — arctg --

N — N

Следовательно, !во втором случае (при

)р! ) — в счетчи!к фазы 12 неоо!хо!д!имо

4 ввести на,вычита!ние число, равное 90, что осущест!вляется блоком управления 8.

Если фазовый сдвиг находится,в пределах тс 3тс — (ч (—, им!пульс с блэка управления 8

2 2

30 вводит,в счетчик 12 на вычитание ч исло, соответствующее 180 .

7Г !с

Пр!и — — (q -(—,показания счетчика фазы

2 2

35 пропорционалвны а!бсолютной !величине фазового сдвига <р, а зна к фазового сдвига определяется блэко!м уп!ра!вле!ния 8.

40 П р ед м ет,из î о р е т е н и я

Цифрэвой фа зометр, содержащий два множ!ительных устройства,,под ключенных через реверсивные счетчики к цифрэвому логомет45 ру, и блок управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности изме!рения сдвиго!в фаз ооновяых гармоник исследуемых стигHa;IQB в .диапта!зоне и н фра низких частот, rr него введены два преобразователя аяалог код, блок переноса кода реверси!вяых счетчиков и дискретный вычислитель фазы, причем выходы преоб!разэвателей аналог — код подключены ко входам м!ножительных устройств, реверсивные счетчики соединены по разрядно блоком переноса, а к выходу цифрового логометра:подключен дискретный вычислитель фазы.

38523ti

Составитель А. Рассмотров

Редактор Ю. Хацинская Техред Т. Курилко Корректор А. Дзесова

Заказ 509/1555 Изд. № 651 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк, фил, прел. «Патент»