Фазометр низких и инфранизких частот

 

ФАЗОМЕТР НИЗКИХ И ИНФРАНИЗКИХ ЧАСТОТ, содержащий последовательно соединенные генератор/ ключ, счетчик и блок индикации, первый и второй формирователи, подключенные к соответствующим входам ключа, а также первую и вторую клеммы для подключения измеряемого и опорного сигналов /отличающийся - тем, что, с целью расширения диапазона частот и сокращения времени измерения, в него введены третий и четвертый фррмирователи, входы которых подключены к первой и второй клеммам соответственно, первый и второй умножители, управляющие входы которых соединены с выходами третьего, четвертого формирователей соответственно, сумматор, входы которого соединены с выходами умножителей , а выход - с входом второго формирователя делитель частоты, вход которого соединен с выходом генератора, полосовой фильтр, i вход которого соединен с делителем частоты, а выход - с входами (Л первого формирователя и опорным входом второго умножителя, фазосдвигатель , вход которого соединен с выходом полосового фильтра, а выход - с опорным входом первого умс ножителя и входом первого формирова теля. эо 4

Сова СоаЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ, РЕСПУБЛИН (19) (И) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3505233/18-21 (22) 17.09.82 (46 ) 23. 02. 84 Бюл. Р 7 (72) В.И.Косюк, В.Ф. Колесников и И.А.Пашанин (71) Отделение Всесоюзного научноисследовательского проектно-конструкторского технологического института источников тока (53) 621.317.77(088.8) (56) 1. Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы. Киев, "Вища школа", 1980, с.412.

2. Галахов О.П. и др. Основы фазометрии, Л., "Энергия", 1976, с. 156-157. (54)(57) ФАЗОИЕТР НИЗКИХ И ИНФРАНИЗКИХ ЧАСТОТ, содержащий псследовательно соединенные генератор, ключ счетчик и блок индикации, первый и второй формироватеЛи, подключенные к соответствующим входам ключа, а также первую и вторую клеммы для подключения измеряемого и опорного сигналов, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона частот и сокращения времени измерения, в него введены третий и четвертый формирователи ° входы которых подключены к первой и второй клеммам соответственно, первый и второй умножители, управляющие входы которых соединены с выходами третьего, четвертого формирователей соответственно, сумматор, входы которого соединены с выходами умножителей, а выход — с входом второго формирсвателя делитель -частоты, вход которого соединен с выходом генератора, полосовой фильтр, вход которого соединен с делите-,р

Р лем частоты, а выход — с входами первого формирователя и опорным входом второго умножителя, фазосдвигатели, ехад которага соединен с выходом полосового фильтра, а выход — с опорным входом первого умножителя и входом первого формирователя.

1075184

Изобретение относится к радиои электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения фазовых сдвигов гармонических сигналов при определении фаэочастотных характеристик ° 5

Известен цифровой фазометр с преобразованием частоты для измерения высоких частот примернЬ 1-150 ЛГц.

В известном фазометре фазовый сдвигпереносится на низкую частоту {фик- 10 сированную) „= » — k, Ввиду изменения частоты сигнала,г в широких пределах необходимо частоту гетеродина 1„ перестраивать тоже в широких .пределах. Значения фиксированной частоты выбирают так, чтобы числовой результат квантования промежутков времени, пропорциональных фазовым сдвигам при заданном Т =- -, был го .численно равен значению иско юго сдвига фаэ в градусах f1) .

Недостатком известного устройства является невозможность измерения фазового сдвига в диапазоне низких и инфранизких частот, так как перенос измерения еще на более низкую частоту (например, О, 01 Гц) приводит к большому времени измерения, а если перенести частоты измеряемых фазовых сдвигов на более высокую частоту, трудно разделить фильтрогл после гетеродина сумму г „+ f<) и разность промежуточных частот, так например при 1 = 0,01 Гц, а — 10 .кГц сумг|а будет составлять

100000,01 Гц. а разность 9999. 99 Гц,35 что при измерениях внесет большую погрешность. а перестройка частоты гетеродином при изменении частоты измерений приводит к неудобствам в работе и усложнению конструкции. 40

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является фазометр, содержащий последовательно ссединенные генератор, ключ, счетчик и блок индикации, первый и второй 45 формирователи, подключенные к соответствующим входам ключа, а также первую и вторую клеммы для подключения измеряемого и опорного сигналов /23.

Время измерения фазового сдвига изменяется в зависимости от длительности периода исследуемых сигналов.

Если за время между двумя характерными точками, соответствующими переходу через нуль мгновенных значений напряжений 0< и Ug, подсчитано Llu импульсов и при этом один импульс соответствует одному периоду (интервалу времени) образцового генератора, то измеряемый сдвиг фаз определяется 60

Hu Nu

q ыК т„= и — =360 — о т г uг где Ь3 — круговая частота, период колебания опорного генератора, 65

Nu — число подсчитанных импуль" сов, частота, на которой производятся измерения.

Т.е. в этом случае необходимо знать частоту исследуемых сигналов, для чего частоту исследуемого сигнала измеряют частотомером, что приводит к увеличению времени измерения. Так как частота генератора счет- . ных импульсов постоянна, то при измерении фазовых сдвигов в широком диапазоне частот число импульсов, поступающих различно для одного и того же фазового угла для различных частот. Кроме того, емкость счетчика должна быть очень большой, так как например, при изменении частоты от

10 ? ц до 100 Гц число импульсов для одного и того же фазового угла изменяется на четыре порядка, т.е. здесь необходим счетчик с большой емкостью, что вызывает определенные технические затруднения. Погреш.ность измерения фазовых сдвигов неравномерна. Она очень мала, примерно 0,1-0,5, в диапазоне частот до 10 Гц, в диапазоне частот до

300 Гц - примерно 1,5. С ростом

О частоты входных сигналов выше 300 Гц погрешность возрастает, свыше 500 Гц достигает 6-8 . Измерения таким фао эометром проводить не рекомендуется.

Недостатками этого фазометра являются ограничение частотного диапазона из-эа значительного увеличения погрешности измерения и длительное время измерения фазы, так как предварительно необходимо изглерить частоту исследуемого сигнала, а затем по формуле рассчитать замеренный угол фазового сдвига.

Цель изобретения — расширение диапазона частот и сокращение времени измерения.

Цель достигается тем, что в фазометр низких и инфранизких частот, содержащий последовательно соединенные генератор, ключ, счетчик и блок индикации, первый и второй формирователи, подключенные к соответствующим входам ключа, а также первую и вторую клеммы для подключения измеряемого и опорного сигналов, введены третий четвертый формирователи, входы которых подключены к первой и второй клеммам соответственно, первый и второй углножители, управляющие входы которых соединены с выходами третьего четвертого формирователей соответственно,. сумматор, входы которого соединены с выходами умножителей. а выход — с входом второго формирователя, делитель частоты, вход которого соединен с выходом генератора, полосовой фильтр. вход которого соединен с делителем частоты, а выход — с вхо1075184 дами первого формирователя и опорныгл входом второго умножителя, фаэосдвигатель, вход которого соединен с выходом полосового фильтра, а выход — с опорным входом первого умножителя и входом первого формирователя.

На чертеже представлена блок-схема устройства..

Фазометр содержит первую и вторую клеммы 1 и 2 для подключеняя изме- 10 рительногo сигнала и опорного сигна ла, третий и четвертый формировате- ли 3 и 4, формирующие сигналы вида

ОКСОб х и UX Ь1а Cpx ° первый H второй умнож>лтели 5 и б, генератор 7, дели- 15 тель 8 частоты, полосовой фильтр 9. .фазосдвигатель 10 (на 90о) сумматор

11, первой и второй формирователи

12 и 13 (для управления работой ключа), ключ 14, счетчик 15 импульсов, блок 16 индикации.

При этом первая клемма 1 соединена с первыми входами третьего и четвертого формирователей 3 и 4, вторые входы которых соединены со второй клеммой 2, а выходы через соответственно первый и второй умножители

5 и б соединены с входами сумматора

11, Генератор 7 соединен с ключом 14 и через последовательно соединенные делитель 8 частоты, полосовойфильтр 9 и фаэосдвигатель 10 с первым умножителем 5. Выход полосового фильт ра соединен с опорным входом умно>кителя б, выход фазосдвигателя 10 через первый формирователь 12, а выход сумматора 11 через второй формирователь 13 соединены с входами ключа 14, выход которого через счетчик 15 соединен с блоком 16 индикации.

Фаэометр работает следующим обра- 40 зом.

Измеряемый сигнал видам 6 »(6> -ц„) подается на первую клемму 1, откуда он поступает на первые входы формирователей 3 и 4. Опорный сигнал вида

US >> t, подается на вторую клемму 2 откуда он поступает на вторые входы формирователей 3 и 4 °

На выходе формирователя 3 формируется сигнал вида0 z co% g„

На выходе формирователя 4 формируется сигнал вида 0к Ф» (0g . Напряже-. ние сигналов видов 0» Со » « Оу ei» < „ подаются соответственно на управляющие входы первого и второго умножителей 5 и б, Генератор 7 вырабатывает импульсы, которые поступают на входе делителя 8 частоты и ключа 14. С выхода делителя 8 частоты импульсы частотой, равной г 60

3,6 1о > (л) где — частота генератора 7; целое положительное число, значение которого выбирается из требуемой точности.б5

Таким образом, измеряемый фазовый сдвиг перенесен на опорную частоту f формируемую полосовым фильтром 9.

Первый и второй формирователи 12 и 13 формируют из гармонических сигналов видов Цсоь Я Ь и Ux0 оо (Qt-ñ@èìïóëüñû, управляющие работой ключа 14. Напряжение первого формирователя 12 открывает ключ 14, а напряжение второго формирователя 13 закрывает кл>оч 14.

Количество импульсов, сосчитанное счетчикм 15 за время открытия ключа 14 пропорционально измеряемо"<у фазовому сдвигу.

Импульсы с первого формирователя

12 открывают клич при переходе напряжения вида особ д t через нуль, т.е. при Д.1 = ц/g, отсюда время 1.1 открытия ключа 14 определится как (5) Импульсы второго формирователя 13 закрывают кл>оч 14 при переходе напряжениЯ вкДа0хeiП(иt — и>„) чеРеэ нУль, т.е. при Qt — cp„= /д, отсюда вре-. мя д закрытия ключа 14 определится как %х и (6) и разрешающей способности фазометра и >> > 2.

Полосовой фильтр 9 формирует гармонический сигнал с частогай >. меньшей частоты генератора 7 Г„ в

3,6" 10. НапРЯжение вида0о5 »gt где Й вЂ” круговая частота, равная

57 = 2Ф k, с выхода фильтра 9 подается на опорный вход второго умножителя 6 и на вход фазосдвигателя 10 (на 90о) на выходе которого напряжение имеет вид ОоCog 5>t .

Напряжение вида ЦСОбМ подается на вход первого умножителя 5. Напряжение на выходе умножителя 5 имеет вид еыхб= х Ч х-UосоВ М= — О х0о(соь(М-qx +

+ СО5(й + q„)).

Напря>кение на выходе умножителя б имеет вид л SbiX6 -ЦК >> qX005inQ =gOOUXLCo5(Qt (Ух) — coS(Sl«g хЯ . (3)

На сумматоре 11 напряжение вица

2) складывается с напря>кением вида {3j .

На выходе сумматора 11 напряжение имеет вид

"ebs„=(x0P C»(t Мх) ° (4) 1075184

Время в течение которого к. аоч 14, определится как

at,=t -1

ЯМ открыт (о)

1" = Чх 0 при и = 2, получим

Составитель С.Морозов

Редактор С.Патрушева Техред М.Гергель Kopoe "ор 0.Вилах

Заказ 492/38 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

За время g$ через ключ 14 на счет- 5 чик 15 пройдет Й импульсов, количество которых определится следующей формулой = — = 1 Г (8) тг r7 10 где Т - период импульсов генератора 7.

Подставляя (7) в (8) получаем "г х г. — е 2(! 1

A так как отношение, и 1 равно

Рр

=36 10

f то результат измерения на блоке индикации фиксируется в градусах x (ц)

Таким образом, по сравнению с из вестными решениями сокращено время измерения за счет непосредственного 30 отсчета измеренного сдвига фаз и отсутствия необходимости предвари1ельного замера частоты исследуемого сигнала.

Увели :ение широкополосности обусловлено тг.м, что при любой изглеряемой частоте фазовый сдвиг на этой частоте переносится на фиксированную опорную частоту и при одном и том же угле фазового сдвига на разных измеряемых частотах число счетных импульсов будет одинаково, т.е,. емкость счетчиков не ограничивает частотный диапазон, как в базовом устройстве, и имеет оптимальное значение рассчитанное на количество импульсов для максимального фазового сдвига.

В зависимости ог требуемой точности это оптимальное значение может быть выбрано из следующего ряда чисел" 360, 3600 или 36000. Частотный диапазон предлагаемого фазометра зависит от типов применяемых операциониых усилителей в блоках фазометра и составляет примерно 0-100000 Гц., Погрешность измеряемых фазовых сдвигов B данном фаэометре определяется в основном аналоговыми умножителями. Если учесть тот факт, что один из сомножителей постоянная составляющая, а частота опорного генератора выбирается небольшой, например 1 кГц. и уровни входных сигналов не превышают +28, то погрешность умножения составляет не более 0,1%, что дает макс-.малькую погрешность измерения 2,5, Применение более точных умножителей, например на основе умножающих ЦАП, позволяет снизить погрешность измерения до 0,8%.