Низкочастотный аналоговый фазометр

 

НИЗКОЧАСТОТНЫЙ АНАЛОГОВЫЙ ФАЗОМЕТР, содержащий подключенные ко входам первый и второй формирователи; суммирукяцую цепь и аналоговый I измерительный прибор, о т ли ч а-, ю щ и и с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона в область инфранизких частот и расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены включенные последовательно выпрямитель, интегратор и блок выборки-хранения, а также третий формирователь, подключенный к входам суммирующей цепи и блока выборки-хранения, причем один вывод измерительного прибора подключен к интегратору и квыходу фазометра, а другой - к блоку выборки-хранения , вход выпрямителя подключен к выходу суммирующей цепи, i входы которой соединены с выходами формирователей. кп

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (и) 3(я) G Ol R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМ/ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21), 3628841/24-21 (22) 02.08.83 (46) 15 ° 12.84. Бюл . У 46 (72) И.(0.сергеев н Н.В.Хоменко (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им.50-летия

Великой Октябрьской социалистической революции (53) 621. 317. 77 (088. 8) (56) 1.Полулях К.С. Электронные измерительные приборы. М., Высшая школа, 1966, с.321, рис.l0-18.

2.1ам же, с.319, рис.10-15. (54) (57) НИЗКОЧАС1ОТНЫЙ АНАЛОГОВЫЙ

ФАЗОИЕ1Р, содержащий подключенные ко входам первый и второй формирова. те)(и) суммирующую цепь и аналоговый,измерительный прйбор, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью рас ширения частотного диапазона в область инфранизких частот н расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введены включенные последовательно выпрямитель, интегратор и блок выборки-хранения, а также третий формирователь, подключенный к входам суммирующей цепи и блока выборки-хранения, причем один вывод измерительного прибора подключен к интегратору и к выходу фазометра, а другой — к блоку выборки-хранения, вход выпрямителя подключен к выходу суммирующей цепи, входы которой соединены с выходами формирователей.

1129551

Поставленная цель достигается тем, что в низкочастотный аналоговый Фаэометр, содержащий подключенные ко входам первый и второй формирователи, суммирующая цепь и аналоговый иэмериельный прибор, дополнительно введеl ны последовательно включенные выпря 55 митель, интегратор и блок выборкихранения, л также третий формирователь, подключенный к входам суммирующей цепи и блоку выборки-хранения, причем один вывод измерительный прибор подключен к интегратору и 6О к выходу фазометра, а .другой - к блоку выборки-хранения, вход выпрямителя подключен к выходу суммирующей цепи, входы которой соединены с выходами формирователя. 65

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналоговым измерительным приборам, и может быть использовано при построении аналоговых фаэометров, Известны аналоговые фазометры с Формированием прямоугольных импульсов, которйе содержат формирователи, схему совпадения и аналоговый измерительный прибор,lj .

Недостатками этих фаэометров яв- f0 ляются ограниченность частот@ого диапазона в стороны низких частот и низкое быстродействие.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является 15 фазометр с формированием прямоугольных импульсов,,:ècïoëüçóþùèé суммирующую цепь.Этот фаэометр содержит два формирователя, вкхпоченные на входе, суммирующую цепь и анало- говый измерительный прибор выпрямительной системы (2j .

В известном фаэометре перемен- . ные напряжения,. сдвиг Фаэ между которыми измеряетая, поступают на вход формироватедей, преобразующих эти напряжения в симметричные прямоугольные -импульсы, которые затем суммируются, и на выходе суммирующей цепи образуется Последовательность симметричных импульсов, длительность которых пропорциональна сдвигу Фаз.. Прибор, включенный на выходе суммирующей цепи, измеряет среднее значение, т.е постоянную составляющую импульсов 35 одной из полярностей, и проградуирован непосредственно в единицах сдвига фаз. Практически частотный диапазон ограничен значениями 20-.

30 Гц. Это является существенным недостатком прибора, не позволяющим использовать его при измерениях на более низких частотах (например, единицы и десятые, доли герц).

Цель изобретения — расширение частотного диапазона в область инфраниэких частот и расширение функциональных возможностей.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого аналогового фазометра.

АналОговый Фазометр содержит включенные на входе формирователи 1 и 2, выходы которых подключены ко входу суммирующей цепи 3, последовательно включенные выпрямитель 4, интегратор 5, блок б выборки-хранения, а также аналоговый измерительный прибор 7 и формирователь 8, причем вход выпрямителя 4 подключен к выходу суммирующей цепи,3, один из выводов измерительного прибора 7 подключен к интегратору 5 и выходу фазометра,,а,.другой - к блоку выборки-хранения б, формирователь 8 под ключен к суммирующей цепи 3 и блоку выборки-хранения б.

Формирователь 1 представляет собой усилитель-ограничитель, который, например, может .быть реализован на операционном усилителе, в цепь обратной связи которого, включен стабилитрон и сопротивление. На входе Формирователя включен инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления, равным единице. Суммирующая цепь 3 представляет собой два сопротивления, осуществляющие преобразование напряжения на выходах

Формирователей в ток.

Выпрямитель 4 может быть выполнен на операционном усилителе, в цепь обратной связи которого включены полупроводниковый диод и сопротивление.

Интегратор 5 представляет собой операционный усилитель с сопротивлением на входе и конденсатором в цепи обратной связи.

Блок 6 выборки-хранения состоит иэ электронного ключа, конденсатора и операционного усилителя со 100%-ой. обратной связью, представляющего собой повторитель напряжения.

Формирователь 8 состоит из выпрямителя и двух логических элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

Измеритель прибор 7 — миллиамперметр магнито-электрической системы.

Фаэометр работает следующим образом.

Переменные сигналы U и U подаются на входы формирователей 1 и 2 и преобразуются в симметричные прямоугольные импульсы длительностью, равной половине периода Т/2, причем в одном из формирователей осуществляется инвертирование сигнала.

Суммирующая цеп 3 осуществляет сложение сигналов на выходах формирователей 1 и 2, в результате чего образуется последовательность прямоугольных импульсов тока положительной и отрицательной полярности длительностью и,.пропорциональной измеряемому сдвигу фаз q . На выхо1129551

О„аН

„„=Е; О.=

»»»»»»,т

О „а1К„

О< R C Ооа

U„atR2 (-а" l и,а".

4 де выпрямителя 4 выделяются импульсы только одной полярности, которые затем поступают на интегратор 5.

На входе интегратора 5 происходит вычитание сигналов с выхода выпрямителя 4 и с выхода фазометра, а затем интегрирование.

Формирователь 8 синхронно с периодом входного переменного напряжения формирует короткие импульсы, которые поступают на вход блока 6 выборкихранения. В момент прихода импульса открывается ключ в блоке б и осуществляется запоминание мгновенного значения напряжения на выходе интегратора. Это напряжение подается на выход фазометра в течение всего периода до прихода следующего импуль-. са с формирователя 8.

Напряжение на выходе фазометра после первого периода

ll„„at „ОоТ „ тко i Uì at <à где U — начальное напряжение на о . входе;

U — амплитуда импульсов, посту лающих с выпрямителя 4;

at — длительность этих импульсов у

T — период срабатывания ключа в схеме выборки-хранения

6, совпадающей с периодом входных напряжений;

K„ — коэффициент преобразования повторителя в схемевыборки-хранения б; сопротивление резисторов интегратора 5; . С - емкость интегратора 5.

ТКо

Обознача бт (- †„ -Q тогда получа С ют

О»» &1Кр О» üt <о

О = „," О,а. "„,"«а О.а ;

VÄ atk„

λ.— "" a q .u q"

В последнем выражении первое слагаемое представляет собой сходящуюся геометрическую прогрессию при (Q) < . После преобразования получают

V„att(„l-Q> „V„at@„ -Qn и о " т\ О

R,c (-а о Й,с, "и

"гС

При - о», т.е. в установившемся режиме выходное напряжение определяется выражением где О„, 1, Й,, т — постоянне величины;

at — интервал времени, пропорциональный сдвигу фаз у, следовательно напряжение на выходе фазомстра в установившемся режиме пропорционально измеряемому сдвигу

10 фаз.

Напряжение для и -го периода можно представить в виде! О,=О„„(-a") u,à"=О„„(О,-u„„ à".

Тогда погрешность (и Цс. "o Оцст и

О -О а.

ОЧст

Если Я = 0,1, что легко достижи мо на практике, то, например, уже после окончания третьего периода получают р что » = g goal ст и сопоставляют сотые доли йроцента.

Таким образом, уже через 3-4 периода переходной процент практически заканчивается и на выходе фазометра устанавливается постоянное напряжение, пропорциональное сдвигу фаз входных сигналов. Так как время установления выходного нап35 ряжения составляет 3-4 периода то быстродействие такого устройства

Г очень велико.

ЧеРез аналоговый измерительный

Оусг - О

40 прибор 7 протекает ток l„ = — "

np р т.е. показани прибора пропорциональны сдвигу фаз, и шкала может быть проградуирована непосредственно в единицах сдвига фаз.

Так как через измерительный прибор течет постоянный ток, а не последовательность импульсов, механических колебаний стрелки не возникает даже при очень малой постоянной

50 времени прибора. При этом нет никаких существенных ограничений на частотный диапазон предлагаемого фазометра. Практически он успешно может использоваться на частотах, 55 равных единицам и десятым долям герца, и даже более низких.

Кроме отклонения стрелки измерительного прибора в предлагаемом фазометре;имеется дополнительный

60 выход, постоянное напряжение на котором пропорционально сдвигу фаз входных сигналов. Это позволяет испольэовать его в автоматизирован» ных системах, что значительно рас65 разоряет его возможности.

1129551

Составитель В.Шубин

Техред Л.Иикеш Корректор A,Tÿñêo

Редактор Н,Киштулинец

Заказ 9445/36 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035., Иосква, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г,Ужгород, ул.Проектная, 4