Фазометр

Фазометр, який містить перший і другий підсилювачі-обмежувачі, які входами підключені до вхідних каналів фазометра, а виходами - до виходів першого тригера, перший і другий детектори, які включені між виходами підсилювачів обмежувачів і входами схеми співпадання, вихід якої через послідовно з'єднані другий тригер і фазоінвертор зв'язаний з керувальними входами мостової схеми, включеною між резистором, підключеним до виходу першого тригера, і конденсатором, підключеним одночасно до першого входу індикатора і загальної шини, два двоканальні аналого-цифрові перетворювачі, виходи яких підключені до першого входу мікропроцесорного обчислювача, який одночасно підключений до постійного запам'ятовую U 2 (19) 1 3 12038 4 ми підсилювачів обмежувачів і входами схеми та другого диференціаторів підключені до вхідних співпадання, вихід якої через послідовно з’єднані каналів фазометра, а їх виходи з'єднані з входами другий тригер і фазоінвертор, зв'язаний з керуватретього та четвертого диференціаторів, виходи льними входами мостової схеми, включеною між яких підключені до входів другого та першого підрезистором, підключеним до виходу першого трисилювачів-обмежувачів відповідно. гера, і конденсатором, підключеним одночасно до На Фіг.1 представлена структурна схема фапершого входу індикатора і загальної шини, два зометра, на Фіг.2 представлено сигнали на входах двоканальні аналого-цифрові перетворювачі, випершого 23 та другого 24 диференціаторів, на ходи яких підключені до першого входу мікропроФіг.3 представлено сигнали на виходах першого цесорного обчислювача, який одночасно підклю23 та другого 24 диференціаторів, на Фіг.4 предчений до постійного запам'ятовуючого пристрою і ставлено сигнали на виходах третього 25 та четвходу цифро-аналогового перетворювача, який вертого 26 диференціаторів. виходом підключений до другого входу індикатора, Фазометр (Фіг.1) містить перший 1 і другий 2 два перетворювачі шпаруватості, входи яких підкпідсилювачі-обмежувачі, перший тригер 3, індикалючені відповідно до виходів детекторів, а їх вихотор 4, перший 5 і другий 6 детектори, схему 7 співди - до першого і другого входів двоканального падань, другий тригер 8, фазоінвертор 9, мостову аналого-цифрового перетворювача, схему стробусхему 10, резистор 11, конденсатор 12, перший вання, перший вхід якої підключений до виходу двоканальний аналого-цифровий перетворювач першого підсилювача-обмежувача, а другий вхід 13, мікропроцесорний обчислювач 14, постійний до виходу другого детектора через послідовно запам'ятовуючий пристрій 15, цифро-аналоговий з'єднаний формувач стробу, частотно-імпульсний перетворювач 16, перший 17 і другий 18 перетвоперетворювач, вхід якого з'єднаний з виходом рювачі шпаруватості, схему 19 стробування, форсхеми стробування, а два виходи якого підключені мувач 20 стробу, частотно-імпульсний перетворюдо першого і другого входів двоканального аналовач 21, другий двоканальний аналого-цифровий го-цифрового перетворювача. перетворювач 22, перший 23, другий 24, третій 25 Недоліком вказаного фазометра є наявність та четвертий 26 диференціатори. значної нестаціонарної часової похибки в умовах Підсилювачі-обмежувачі 1 і 2 входами підклюобмеженої тривалості сигналів. чені до вхідних каналів фазометра, а виходами В основу корисної моделі поставлено задачу до виходів першого тригера 3, детектори 5 і 6 створення фазометра, нечутливого до впливу невключені між виходами підсилювачів обмежувачів стаціонарної часової похибки, шляхом введення 1 і 2 та входами схеми співпадання 7, вихід якої нових елементів та зв'язків між ними, що дає можчерез послідовно з’єднані другий тригер 8 і фазоіливість збільшити точність вимірювання різниці нвертор 9 зв'язаний з керувальними входами мосфаз в умовах обмеженої тривалості сигналів. тової схеми 10, включеною між резистором 11, Поставлена задача досягається тим, що в фапідключеним до виходу першого тригера 3, і конзометр, який містить перший і другий підсилювачіденсатором 12, підключеним одночасно до першообмежувачі, які входами підключені до вхідних го входу індикатора 4 і загальної шини, виходи каналів фазометра, а виходами - до виходів пердвоканальних аналого-цифрових перетворювачів шого тригера, перший і другий детектори, які 13, 22 підключені до першого входу мікропроцесовключені між виходами підсилювачів обмежувачів і рного обчислювача 14, який одночасно підключевходами схеми співпадання, вихід якої через посний до постійного запам'ятовуючого пристрою 15 і лідовно з’єднані другий тригер і фазоінвертор, входу цифро-аналогового перетворювача 16, який зв'язаний з керувальними входами мостової схевиходом підключений до другого входу індикатора ми, включеною між резистором, підключеним до 4, входи перетворювачів шпаруватості 17 і 18 підвиходу першого тригера, і конденсатором, підклюключені відповідно до виходів детекторів 6 і 5, а їх ченим одночасно до першого входу індикатора і виходи - до першого і другого входів двоканальнозагальної шини, два двоканальні аналого-цифрові го аналого-цифрового перетворювача 13, перший перетворювачі, виходи яких підключені до першого вхід схеми 19 стробування підключений до виходу входу мікропроцесорного обчислювача, який одпідсилювача-обмежувача 1, а другий вхід - до виночасно підключений до постійного запам'ятовуюходу детектора 6 через формувач 20 стробу, вихід чого пристрою і входу цифро-аналогового перетсхеми 19 стробування підключений до входу часворювача, який виходом підключений до другого тотно-імпульсного перетворювача 21, два виходи входу індикатора, два перетворювачі шпаруватосякого підключені до першого і другого входів двоті, входи яких підключені відповідно до виходів канального аналого-цифрового перетворювача 22, детекторів, а їх виходи - до першого і другого вховходи першого 23 та другого 24 диференціаторів дів двоканального аналого-цифрового перетворюпідключені до вхідних каналів фазометра, а їх вивача, схему стробування, перший вхід якої підклюходи з'єднані з входами третього 25 та четвертого чений до виходу першого підсилювача26 диференціаторів, виходи яких підключені до обмежувача, а другий вхід - до виходу другого девходів другого 2 та першого 1 підсилювачівтектора через послідовно з'єднаний формувач обмежувачів відповідно. стробу, частотно-імпульсний перетворювач, вхід Фазометр працює наступним чином. якого з'єднаний з виходом схеми стробування, а Структурна схема фазометра представлена два виходи якого підключені до першого і другого на Фіг.1. входів двоканального аналого-цифрового перетВхідні напруги Uвих ( t ) і Uon ( t ) подаються на ворювача введені перший, другий, третій та четвходи диференціаторів 23 і 24, Нормована неставертий диференціатори, причому входи першого 5 ціонарна t між сигналами Uвих ( t ) і Uon ( t ) , Фіг.2, буде визначатися з виразу: t часова 12038 похибка ˆ 1 U (t) artg вих 2 Uвих ( t ) arctg ˆ Uon ( t ) Uon ( t ) , (1) де Uвих ( t ) N ( E sin(M) sin(L )) - сигнал, який пройшов через вимірювальний канал, Uon ( t ) N sin(L ) - опорний сигнал, ˆ Uвих ( t ) N ( E cos(M) cos(L)) сигнал, спряжений по Гільберту з сигналом Uвих ( t ) , Uon ( t ) N sin(L ) - сигнал, спряжений по Гільберту з опорним сигналом, де N , E , M , L - коефіцієнти, що дорівнюють: ( 0 )2 1 ; t ; E e M 0 arctg( 0 ) ; 6 d Uвих ( t ) N (E / ) sin(M) 0 cos(L ) Uвих.диф (t) dt - однократно продиференційований сигнал Uвих ( t ) , d Uon ( t ) N 0 cos(L ) Uon.диф ( t ) - однокdt ратно продиференційований опорний сигнал, ˆ Uвих.диф ( t ) N (E / ) cos(M) 0 sin(L ) сигнал, спряжений по Гільберту з однократно продиференційованим сигналом Uвих ( t ) , ˆ Uon.диф ( t ) N 0 sin(L) - сигнал, спряжений по Гільберту з однократно продиференційованим опорним сигналом, де N , E , M , L - коефіцієнти, що дорівнюють: N L N dUвих ( t ) dUon ( t ) і дифереdt dt нціаторів 23 і 24 поступають на входи диференціаторів 25 і 26 відповідно. Нормована нестаціонарна dUвих ( t ) часова похибка диф між сигналами і dt dUon ( t ) , Фіг.3, буде визначатися з виразу: dt диф E e ; M 0 arctg( 0 ) ; L 0t M . 0t M . Вихідні напруги ˆ Uвих.диф ( t ) 1 artg d Uвих ( t ) 2 dt ˆ Uon.диф ( t ) arctg d Uon ( t ) dt ( 0 )2 1 ; t d2Uвих ( t ) d2Uon ( t ) і з виходів диdt 2 dt 2 ференціаторів 25 і 26 подаються на входи Напруги підсилювачів-обмежувачів 2 і 1 відповідно. Нормована нестаціонарна часова похибка 2диф між d2Uвих ( t ) d2Uon ( t ) і , Фіг.4, буде ви2 dt dt 2 значатися з виразу: сигналами ,(2) де 2диф де 2U d вих ( t ) dt 2 ˆ Uвих.2диф ( t ) 1 artg 2 d2 Uвих ( t ) dt 2 arctg ˆ Uon.2диф ( t ) d2 Uon ( t ) dt 2 ,(3) де N , E , M , L - коефіцієнти, що дорівнюють: N (E / 2 ) sin(M) - 2 sin(L ) 0 Uвих.2диф (t) - подвійно продиференційований сигнал Uвих ( t ) , d2 Uon ( t ) N 2 sin(L ) Uon.2диф ( t ) - по0 dt 2 двійно продиференційований сигнал, ˆ Uвих.2диф ( t ) N (E / 2 ) cos(M) - 2 cos(L ) 0 - сигнал, спряжений по Гільберту з подвійно продиференційованим сигналом Uвих ( t ) , ˆ Uon.2диф ( t ) N 2 cos(L) - сигнал, спряже0 ний по Гільберту з подвійно продиференційованим опорним сигналом, N ( 0 )2 1 ; t E e ; M 0 arctg( 0 ) ; L 0t M . Таким чином, подвійне диференціювання дозволяє виключити вплив нестаціонарної часової похибки. Напруги з виходів підсилювачів-обмежувачів 1 і 2 поступають на входи детекторів 5 і 6. Вихідні напруги детекторів 5 і 6 поступають входи схеми співпадання 7 і її виходу - на тригер 8. Якщо сигнали в обох каналах фазометра неперервні, то тригер 8 знаходиться в початковому стані, і мостова схема 10 відкрита. 7 12038 8 В момент пропадання досліджуємого сигналу періодів синусоїдальної напруги за час стробуючона обох входах фазометра або на одному з них, го імпульсу, і детектор середнього значення огисигнал на вході схеми співпадання 7 зникає, і тринаючої синусоїдально-заповнених імпульсів, на гер 8 перепадом цієї напруги перекидається. З виході якого виділяється напруга, яка змінюється появою сигналу тригер 8 знов повертається в попропорційно частоті слідування вхідних синусоїдачатковий стан. Таким чином, тривалість імпульсу льних напруг. на виході тригера 8 рівна часу відсутності досліНа першому виході частотно-імпульсного педжуємого сигналу як в обох каналах одночасно, ретворення 21 виділяється напруга, пропорційна так і в одному з них. частоті синусоїдальних імпульсів вхідних напруг і Якщо час відсутності сигналу в різних каналах частоті слідування вхідних імпульсів, а на другому фазометра різний, то тригер 8 формує імпульс, виході виділяється напруга, пропорційна тільки тривалість якого рівна максимальному часу відсучастоті слідування імпульсів вхідних напруг. Вкатності сигналу. Якщо на входи фазометра постузані співвідношення мають місце, так як тривалість пають радіоімпульсні сигнали, то імпульси тригера імпульсу формувача 20 стробу постійна і менше 8 відповідають паузам даного сигналу. мінімальної тривалості вхідних перервних напруг. При зміні шпаруватості вхідних напруг пропорЯкщо вихідна напруга з першого виходу частоційно змінюється вихідна напруга перетворювачів тно-імпульсного перетворювача 21 поділити на шпаруватості, таким чином, кожному значенню напругу з другого виходу, то в результаті отримашпаруватості сигналу відповідає певне значення ємо сигнал, значення якого буде визначатися тільвихідних напруг перетворювачів шпаруватості 17 і ки частотою синусоїдального заповнення імпульсів 18. Поправки, записані в постійний запам'ятовуюпереривання вхідних напруг. чий пристрій 15 і мікропроцесорний обчислювач При внесенні поправок, залежних від частоти 14, автоматично вибираються у відповідності зі вхідних напруг, в показання фазометра, похибка шпаруватістю вхідних напруг в кожному з каналів вимірювання, яка обумовлена зміною вказаного фазометра. Код, який відповідає даним поправфактора, буде значно зменшена, кам, перетворюється в цифро-аналоговому перетВихідні напруги частотно-імпульсного перетворювачі 16 в постійну напругу, яка поступає на ворювача 21 поступають на перший і другий входи диференційний індикатор 4. аналого-цифрового перетворювача 22, в якому В диференційному індикаторі 4 із суми напруг, здійснюються їх перетворення в цифровий код і у яка пропорційна виміряному фазовому зсуву і яка відповідності з алгоритмом проведення вимірювідповідає похибці перетворення за рахунок шпавань подаються на обчислювач 14, який здійснює руватостей вхідних напруг, віднімається складова, ділення цифрового коду, який відповідає напрузі з яка визначає абсолютну похибку перетворення, першого виходу частотно-імпульсного перетворюяка залежить від шпаруватості вхідних напруг. вача 21, на цифровий код, який відповідає напрузі Використання аналого-цифрового перетворюз його другого виходу. Отриманий в результаті вача 13 і перетворювачів шпаруватості 17, 18 доцього ділення цифровий код відповідає частоті зволяє отримати сигнали керування мікропроцесинусоїдальних вхідних напруг. сорним обчислювачем 14 і постійним В постійний запам'ятовуючий пристрій 15 позапам'ятовуючим пристроєм 15 для вибірки попвинні бути занесені також поправки, які відповідаравок, які відповідають дискретним значенням ють певним значенням частоти вхідних синусоїдашпаруватості, а також забезпечує зберігання попльних напруг. Ці поправки будуть відображати як равок і їх вибірку у відповідності із значенням шпазначення шпаруватості, так і частоти вхідних наруватості в кожному з каналів фазометра. пруг, і вибираються автоматично в обчислювачі 14 Використання цифро-аналогового перетворюу відповідності з алгоритмом вимірювання. Код, вача 16 забезпечує перетворення кодового сигнаякий відповідає даним поправкам, перетворюється ла в аналоговий для його використання в аналогов цифро-аналоговому перетворювачі 16 в постійну вій частині фазометра. Крім того, вихідна напруга напругу, яка поступає на вхід диференційного інпідсилювача-обмежувача 1 подасться на перший дикатора 4. вхід схеми 19 стробування, а вихідна напруга деВ диференційному індикаторі 4 із суми напруг, тектора 6 поступає на формувач 20 стробу, який яка пропорційна виміряному фазовому зсуву і яка формує на виході стробуючі імпульси постійної відповідає похибці перетворення за рахунок шпатривалості, меншої мінімальної тривалості імпульруватості і частоти вхідних напруг, віднімаються су вхідної напруги. Ці імпульси з частотою слідускладові, яка визначають вказані похибки перетвання перервних вхідних напруг поступають на ворення, що зменшує похибку вимірювання при другий вхід схеми 19 стробування і відкривають її, зміні частоти синусоїдальних перервних напруг в внаслідок чого на виході схеми з'являються синушироких межах. соїдально-заповнені імпульси постійної тривалосТаким чином, запропонований фазометр доті. Вказана імпульсна послідовність подається на зволяє проводити вимірювання різниці фаз сигнаімпульсно-частотний перетворювач 21, який міслів в умовах їх обмеженої тривалості без впливу тить рахункову схему конденсаторного типу, поснестаціонарної похибки. тійна напруга на виході якого пропорційна кількості 9 12038 10 11 Комп’ютерна верстка М. Мацело 12038 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601