Измеритель разности фаз и напряжений

 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в фазометрах , векторных вольтметрах, анализаторах цепей. Измеритель содержит два идентичных канала преобразования в виде последоi вательно соединенных преобразователей частоты 1,12, усилителей 2,13 промежуточной частоты, синхронных фильтров 3,14 и амплитудных детекторов (АД) 4,15. Выходы синхронных фильтров соединены со входами фазового детектора 9, выход которого, а также выходы АД соединены со входами аналого-цифрового преобразователя 10, соединенного со входом блока 11 вычитания, управления и индикации. Для получения стабильного значения промежуточной частоты используется система 5 ФАПЧ с генератором 6 опорной частоты, от которого через введенный блок 7 исключения импульсов и делитель 8 частоты запитываются синхронные фильтры 3,14. Благодаря блоку 7 частота тактирования фильтров 3,14 несинхронна промежуточной частоте, что уменьшает фазовые погрешности в их работе . 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (1() (я)5 6 01 и 25/00, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ.

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4656233/21 (22) 28.02.89 (46) 15.11.91. Бюл. М 42 (72) Л.Ф.Пастухов и В.И.Спирин (53) 621.317.7(088.8) (56) Техническое описание и инструкция по эксплуатации измерителя разности фаз и отношения уровней ФК2 — 29. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ РАЗНОСТИ ФАЗ И НАПРЯЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в фазометрах, векторных вольтметрах, анализаторах цепей. Измеритель содержит два идентичных канала преобразования в виде последо, вательно соединенных преобразователей частоты 1,12, усилителей 2,13 промежуточИзобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в фазометрах, векторных вольтметрах, анализаторах цепей.

Целью изобретения является повышение точности измерения разности фаз и напряжений.

На фиг.1 представлена блок-схема измерителя разности фаз и напряжений; на фиг.2 — эпюры напряжений узла периодического исключения импульсов; на фиг.3 — характеристика погрешности измерения разности фаз.

Измеритель разности фаз и напряжений содержит первый преобразователь 1 частоты, первый усилитель 2 промежуточной частоты, первый синхронный фильтр 3, первый амплитудный детектор 4, систему 5. г ной частоты, синхронных фильтров 3,14 и амплитудных детекторов (АД) 4,15. Выходы синхронных фильтров соединены со входами фазового детектора 9, выход которого, а также выходы АД соединены со входами аналого-цифрового преобразователя 10, соединенного со входом блока 11 вычитания, управления и индикации. Для получения стабильного значения промежуточной частоты используется система 5 ФАПЧ с генератором 6 опорной частоты, от которого через введенный блок.7 исключения импульсов и делитель 8 частоты запитываются синхронные фильтры 3,14. Благодаря блоку

7 частота тактирования фильтров 3,14 несинхронна промежуточной частоте, что уменьшает фазовые погрешности в их работе, 3 ил. фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), генератор 6 опорной частоты, узел 7 периодического исключения импульсов, первый делитель 8 частоты, фазовый детектор 9, аналого-цифровой преобразователь 10, блок 11 вычисления, управления и индикации, второй преобразователь 12 частоты, второй усилитель 13 промежуточной частоты, второй синхронный фильтр 14, амплитудный детектор 15, второй делитель 16 частоты, элемент ИЛИ 17.

Первый преобразователь 1 частоты, первый вход которого является входом устройства, выходом соединен со входом первого усилителя 2 промежуточной частоты, выход которогосоединен с входом первого синхронного фильтра 3, выход которого соединен с входом первого амплитудного де1691773 тектора 4, второй вход первого преобразователя частоты соединен с выходом системы 5 фазовой автоподстройки частоты, выход преобразователя 1 частоты соединен с входом системы 5 фазовой автоподстройки, второй вход которой подключен к первому выходу генератора 6 опорной частоты, второй выход которого соединен с входом второго делителя 16 и первым входом эле мента ИЛИ 17, а выход второго делителя частоты подключен к второму входу элемента ИЛИ 17, причем делитель 16 и элемент

ИЛИ 17 образуют узел 7 периодического исключения импульсов из сигнала, снятого с выхода генератора опорной частоты, вы.ход элемента ИЛИ 17 соединен с входом первого делителя 8, первый, второй и третий выходы которого соединены с первым, вторым, третьим входами первого синхронного фильтра, выход которосо соединен с . первым входом фазового детектора 9, выход которого подключен к входу аналогоцифрового преобразователя 10, выход которого подключен к входу блока 11 вычисления, управления и индикации, а первый вход — к входу nepsoro амплитудного детекторе, вход второго преобразователя 12 является вторым входом устройства, второй вход преобразователя 12 подключен к выходу системы фазовой автоподстройки. а выход соединен с аходсэл второго усилителя 13 промежуточной частоты, выход которого подключен к входу второго синхронного фильтре 14, первый, второй, третий входы которого соединены с первым, вторым, третьим выходами делителя 8 частоты, а выход соединен с вторым входом фазового детектора 9 и с входом амплитудного детектора 15, выход которого подключен к первому входу аналого-цифрового преоб .азователя 10.

Устройство работает следующим образом.

Два высокочастотных сигнала одинаковой частоты в диапазоне 0,1-1000 МГц поступают на входы прибора и преобразуются в преобразователях 1 и 12 с использованием системы ФАПЧ 5 в сигналы промежуточной частоты (ПЧ), которые сохраняют те же форму и фазовые отношения, что и входные высокочастотные сигналы. Основные гармоники сигналов ПЧ (например. 20 кГц) выделяются усилителями ПЧ 2 и 13 с полосой пропускания порядка 500 Гц.

Амплитудные 4, 15 и фазовый 9 детекторы выделяют постоянные напряжения, пропорциональные уровням первого и второго входных высокочастотных сигналов и разности фаз между ними, Постоянные напряжения с выходов амплитудных 4, 15 и

55 выходными аналоговыми ключами СФ производится развертка или восстановление этого синуса с частотой 20 кГц.

При сдвиге фазы входного сигнала по отчошению к фазе опорного генератора 20 кГц распределение синуса на конденсаторах также изменяется, Но добавка сигнала на конденсаторах, определяемых различными неустановившимися переходными процессами включения и выключения в ключах при их синхронных переключениях, изменяет характер (форму) распределения синуса по отношению к предыдущему характеру распределения, что и приводит к дополнительному смещению фа= ы сигнала на выходе СФ и погрешности измерения устройства, Недостатком схемы с использованием сичхронного фильтра на конденсаторах является высокая погрешность измерения напряжения и разности фаэ. На фиг,3 представлена характеристика (кривая 1) погрешности измерений разности фаз прибофазового 9 детекторов поступают на входы аналого-цифрового преобразователя 10, Преобразованные в цифровую форму постоянные напряжения передаются в блок 11 вычисления, управления и индикации, где осуществляется их обработка, вычисление и вывод данных для индикации.

При низких уровнях входных высокочастотных сигналов, когда существенно сказываются на измерениях шумы прибора или шумы входных сигналов, используется на

ПЧ узкая полоса порядка 8 Гц. Узкая полоса" прибора формируется при помощи синхронных фильтров 3 и 14, выполненных на синхронно-переключаемых с сигналом ПЧ аналоговых ключах и конденсаторах, Аналоговые ключи синхронных фильтров 3 и 14 управляются делителем 8 частоты, на вход которого поступает сигнал генератора 6 опорной частоты, необходимый для работы системы фаэовой автоподстройки частоты (например, с частотой 160 кГц).

Амплитудная и фазовая погрешности в синхронных фильтрах (СФ) возникают из-за неустзновившихся переходных процессов пои переключении ключей (отпирание и запирание), Причем, дпя каждого ключа характер установления переходных процессов свой, При подаче на входы (СФ) синусои30 дального сигнала промежуточной частоты (ПЧ) 20 кГц и управляющих сигналов с частотами 40,20 и 10 кГц, снятых с выходов делителей частоты, на восьми конденсаторах СФ производится запоминание соответствующих "мгновенных" напряжений или запись "пространственного" распредепения синуса на восьми конденсаторах, а

1691773

20

35

50 ром ФК вЂ” 29, имеющим схему СФ на трех аналоговых ключах и 8 конденсаторах в каждом из каналов. Максимальная погрешность при включенной узкой полосе составляет 3 град.

С целью снижения погрешности измерения разности фаз и напряжений введен узел 7 периодического исключения импульсов из управляющего сигнала, в результате этого частота f< опорного генератора 6 смещается на величину Ж Временные диаграммы на выходах делителя 16 и элемента

ИЛИ 17 приведены на фиг.2. В рассматриваемом случае значения частот fo, f>, f2 u fg принимают соответственно значения 160—

160 — A f 160 — A f 160 — A f

4 8 16 Р подаче управляющих сигналов с этими час тотами на входы СФ íà его выходе возникаЛf ют биения с частотой по отношению к, fn 3a период частоты биений происходит изменение фазы на фазовой характеристике СФ от 0 до 180 и от -180 до О. Таким образом, периодическое пропадание импульсов в управляющем сигнале частоты

160 кГц приводит к принудительному смещению "пространственного" распределения "синуса" на конденсаторах СФ.

В рассматриваемом примере частота

160 кГц — 32 Гц f< = 39992 Гц, fz = 19996 Гц и тз = 9998 Гц и, следовательно, частота биений составляет 4 Гц. За время 0,25 с число смещений составляет 8, что соответствует принудительному смещению "синуса" на конденсаторах СФ на период его

"пространственного" распределения.

Блок 11 производит за время равное 1 с

512 съемов данных как по напряжению для первого и второго каналов, так и фазе ср, т.е. в течение одного смещения происходит

16 сьемов, включая и переходные процессы за сче-":мещения. Усреднение этих данных

512 съемов на 1 с приводит к усреднению характеристики погрешности СФ за четыре периода "пространственного" распределения синуса на конденсаторах СФ. В результате этого погрешность измерения фазы (см, фиг,3, кривая 2) при значениях разности фазы р в пределах от 0 до 180 и от 0 до

-180О не превышает 0,2 град, На счетный входдополнительного делителя 16 частоты и первый вход элемента

ИЛИ 17 поступает сигнал ",. частотой 160 кГц с выхода генератора 6 опорной частоты. На второй вход элемента ИЛИ 17 подается сигнал частоты следования импульсов, равной 32 Гц. снятый с выхода делителя 16 частоты. Коэффициент деления делителя частоты составляет 1:5000. Сигнал с выхода элемента ИЛИ

17 с периодическим исключением импульсов подается на делители 8 частоты.

Формула изобретения

Измеритель разности фаз и напряжений, содержащий последовательно соединенные первый преобразователь частоты, первый усилитель промежуточной частоты. первый синхронный фильтр, первый амплитудный детектор, аналого-цифровой преобразователь и блок вычисления, управления и индикации, последовательно соединенные второй преобразователь частоты, второй усилитель промежуточной частоты, второй синхронный филь|р и второй амплитудный детектор, последовательно соединенные генератор опорной частоты и систему фазовой автоподстройки частоты, а также делитель частоты, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым, вторым и -ретьим входами первого и второго синхронных фильтров, ВыхОд BTopol0 синхронного фильтра соединен со вторым входом фазового детектора, первый вход которого соединен со входом первого амплитудного детектора, а выходы— со вторым ВхОдОм аналого-цифрового преобразователя, третий вход которого соединен с. выходом второго амплитудно о детектора, вторые входы первого и второго преобразователей частоты соединены с выходом системы фазовой автоподстройки частоты, второй вход которой соединен с выходом первого преобразователя частоты, входы преобразователей ч стоты являются входами устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введен узел периодического исключе",è:ÿ импульсов, содержащий дополнительный делитель частоты и элемент ИЛИ, причем второй выход генера1ора опорной частоты соединен со входом дополнительного делителя частоты и первым входом элемента ИЛИ, а выход дополни.тельного делителя частоты соединен со вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом делителя частоты.

1691773

1691773.