Низкочастотный измеритель частоты и фазы

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения частоты и фазового сдвига медленно изменяющихся гармонических колебаний. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, а именно - получение возможности измерения мгновенной частоты исследуемого сигнала . Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве происходит преобразование образцового Т0 и измеряемого Тх, соответствующего периоду, исследуемых сигналов в постоянные напряжения с последующим нахождением отношения этих напряжений в блоке деления, представляющем собой АЦП двойного интегрирования . 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (я)з G 01 R 25/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВедОмстВО сссР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4871071/21 (22) 03.10,90 (46) 23.07.93, Бюл. hh 27 (72) В.М.Аванесов и B.Â.Òåðåøêîâ (56) Авторское свидетельство СССР

hL 1596269, кл. G 01 В 25/00, 1988. (54) НИЗКОЧАСТОТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ

ЧАСТОТЫ И ФАЗЫ (57) Изобретение относится к радиоиэмерительной технике и может быть использовано для измерения частоты и фазового сдвига медленно изменяющихся гармонических

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения частоты и фазового сдвига медленно изменяющихся гармонических колебаний.

Цель изобретения — расширение области применения устройства, а именно получение возможности измерения мгновенной частоты исследуемого сигнала.

На чертеже приведена структурная схема фазометра-частотомера.

Устройство содержит формирующие блоки 1 и 2, RS-триггер 3, источник 4 опорного напряжения. электронные ключи 5-8; интегратор 9, инвертирующий усилитель 10, компаратор 11, блоки 12 и 13 выборки-хранения, блок 14 управления, генератор 15 счетных импульсов, временной селектор 16, счетчик 17 импульсов, формирователь 18 образцового интервала времени.

Первый вход измерителя через формирующее устройство 1 соединен с входом S колебаний, Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей устройства, а именно- получение возможности измерения мгновенной частоты исследуемого сигнала. Поставленная. цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве происходит преобразование образцового Т0 и измеряемого Тх, соответствующего периоду, исследуемых сигналов в постоянные напряжения с последующим нахождением отношения этих напряжений в блоке деления, представляющем собой АЦП двойного интегрирбвания. 1 ил.

RS-триггера 3 и первым входом блока 14 управления. Второй вход устройства через формирующее устройство 2 соединен с входом R RS-триггера, выход которого соединен с четвертым входом блока 14 управления. Источник 4 опорного напряжения соединен с входом электронного ключа

5, выход которого соединен с выходами электронных ключей 6 и 7, со входом ключа

8 и входом интегратора 9, Выход интегратора 9 подключен к выходу электронного ключа 8, входу компаратора 11, входам блоков

12 и 13 выборки-хранения. Выход блока 12 выборки-хранения соединен со входом электронного ключа 7. Выход блока 13 выборки-хранения соединен со входом инвертирующего усилителя 10, выход которого соединен со входом электронного ключа 6.

Первый, второй, третий, шестой выходы блока 14 управления соединены соответственно с управляющими входами электронных ключей 5-8, четвертый и пятый выходы

1829013 блока 14 управления соединены соответственно с управляющими входами блоков 12 и 13 выборки-хранения. Выход компаратора

11 соединен со вторым входом блока 14 .управления, Генератор 15 счетных.импульсов соединен со входом временного селектора 16, чей управляющий вход соединен с седьмым выходом блока 14 управления, а выход — со входом счетчика 17, выход которого соединен с третьим входом блока 14 управления. Выход формирователя 18 образцового интервала времени соединен с пятым входом блока 14 управления.

Устройство работает следующим образом.

Измеритель имеет два режима: режим измерения частоты и режим измерения сдвига фаэ между входными гармоническими сигналами, Режим измерения частоты входного сигнала.

Измерение мгновенного значения частоты входного сигнала происходит в течение четырех рабочих тактов.

В течение первого такта, который начинается с приходом импульса с выхода формирователя IS образцового интервала времени на пятый вход блока 14 управления, последний на выходе 1 вырабатывает импульс, открывающий электронный ключ

5, На вход интегратора 9 поступает постоянное напряжение Оо с выхода источника 4, По окончании импульса с выхода формирователя 18 (через время То) ключ 5 закрывается. Интегратор 9 зарядится до напряжения: и..т1=--, f Uodt=--,О. Т., (1) о

ГДЕ Оннтт — НаПРЯжЕНИЕ ИНтЕГРатОРа ПОСЛЕ пеового такта: т - постоянная времени интегратора 9;

Uo — величина опорного напряжения источника 4;

То — длительность образцового интервала времени.

По окончании первого такта блок 14 управления вырабатывает импульс, разрешаЮЩИй . ЗаПИСЬ НаПРЯжЕНИЯ 0ннт1 В устройстве 13 выборки-хранения. По окончании записи блок 14 управления вырабатывает импульс, замыкающий ключ 8, производя тем самым сброс интегратора, В течение второго такта, который начинается с приходом импульса с выхода формирующего .устройства 1, вырабатывается импульс, открывающий электронный ключ

5. На вход интегратора 9 поступает постоянI ное напряжение Uo с выхода источника 4.

При повторном поступлении импульса с выхода формирующего устройства 1 (через время Тх) ключ 5 закрывается. Интегратор 9 зарядится до напряжения; тх

Uwa= — — f Uo dt = — — Uo Tx,(2) о

10 где 0интг — напряжение интегратора после второго такта;

Тх — период колебаний исследуемого сигнала.

По окончании второго такта блок 14 управления вырабатывает импульс, разрешающий запись напряжения Оннтр в устройство 12 выборки-хранения. По окончании записи блок 14 управления вырабаты20 вает импульс, замыкающий электронный ключ 8, производя тем самым сброс интегратора.

В начале третьего такта блок 14 управления открывает электронный ключ 6 и на вход интегратора 9 поступает напряжение с инвертирующего усилителя 10. В этот же момент открывается временной селектор 16 и на вход счетчика 17 разрешается прохождение счетных импульсов с генератора 15.

В момент, когда счетчик 16 переполнится, третий такт закончится и интегратор 9 зарядится до напряжения:

"5 Оинтз= ) 0инт1 К от = т

«К 1 К

= — 4 — Uo То = p Uo То тз

Т т

40 (3) где Бннтз — выходное напряжение интегратора после третьего такта;

К- коэффициент передачи инвертирующего усилителя 10;

1з — длительность третьего такта.

Знак "-" под знаком интеграла равенства (3) показывает, что усилитель 10 инвертирует сигнал.

С началом четвертого такта интегрирования (замкнут электронный ключ 7) на вход интегратора 9 поступает напряжение с выхода устройства 12 выборки-хранения. Конденсатор интегратора разряжается и в

55 момент, когда выходное напряжение станет

РаВНО О (Оинт1+Цинт20), На ВЫХОДЕ КОМПЭРатора 11 выработается импульс, поступающий на второй вход блока 14 управления, Последний на выходе 7 выработает импульс, запрещающий прохождение счетных

1879013 (4) 1

=.p Оо Тх t4

No

t3fo (5) Nx

t4=

25 (6) 30

С учетом (5) и (6):

-35

Формула изобретения

Низкочастотный измеритель частоты и фазы., содержащий счетчик импульсов, два формирователя, четыре электронных ключа, 50 блок управления, генератор импульсов, RSтриггер, источник опорного напряжения, интегратор, компаратор, блоки выборкихранения, инвертирующий усилитель, временной селектор, при этом выход второго формирователя подключен к R-входу RSтриггера, S-вход которого подключен к выходу первого формирователя, выход импульсов с генератора 15 через селектор

16 на вход счетчика 17. Таким образом:

Оинт4 Оинтэ у J Оинт2 dt тз

1 — Оинт214 = — т4 — Uo Тх

Г Т

Зная, что временные интервалы 1з и 14 заполняются счетными импульсами генератора 15 с частотой fo. то: где No, Nx — число импульсов соответственно в третьем и четвертом тактах интегрирования, Решая уравнение (4) относительно t4:

t4 — Ксз = — К u . (7) инт2 х

Nx= - K No Nf- - K No To fx, (8)

Те х где fx — частота исследуемого сигнала.

Режим измерения фазового сдвига.

В течение первого такта, который начинается с приходом импульса с выхода RSтриггера 3 на четвертый вход блока 14 управления, последний на выходе 1 вырабатывает импульс, открывающий ключ 5. На вход интегратора 9 поступает постоянное напряжение Uo с источника 4. По заднему фронту импульса, проходящего с RS-триггера 3, блок 14 управления закрывает электронный ключ 5, Интегратор 9 эарядится до напряжения:

Оинт)- — — J Uo dt = — — Uo >, (9)

Г Т о где ht — длительность импульса на выходе триггера 3.

По окончании первого такта блок 14 управления вырабатывает импульс, разрешающий запись напряжения Оинт в устройство 13 выборки-хранения. По окончании записи блок 14 управления вырабаты5

15 вает импульс, замыкающий ключ 8, производя тем самым сброс интегратора.

В течение второго такта, который начинается с приходом импульса с выхода формирующего устройства 1 на первый вход блока 14 управления, последний на выходе

1 вырабатывает импульс, открывающий электронный ключ 5. Ка вход интегратора 9 поступает постоянное напряжение Uo с выхода источника 4, При повторном поступлении импульса с выхода формирующего устройства 1 (через время Т) ключ 5 закрывается. Интегратор 9 эарядится до напряжения:

1 т 1

Оинт2 < . Uo dt= — —. ОоТ, (10) о

По окончании второго такта блок 14 управления вырабатывает импульс, разрешающий запись напряжения О„,2 в устройство 12 выборки-хранения. По окончании записи блок 14 управления вы рабатывает импульс, замыкающий ключ 8, производя таким образом сброс интегратора.

Дальнейшие преобразования аналогичны режиму измерения частоты. Окончательный результат в режиме измерения Лp:

Nx - K No — -K йо Лтр, (11)

Лт

Т где Лp.— измеряемый фазовый сдвиг, Выбирая значения кратным 36, а То

1 кратным —, можно получить отсчет фазо36 вого сдвига непосредственно в градусах. а частоты — в герцах, Таким образом, введение дополнительного формирователя образцового интервала времени в устройство-прототип позволяет производить измерение мгновенного значения частоты исследуемого сигнала. источника опорного напряжения подключен к входу первого электронного ключа, выход которого подключен к входам интегратора и

1829013

Составитель С. Чернякова

Техред M. Моргентал Корректор .М. Андрушенко

Редактор

Заказ 2474 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета AO иЗобретениям и открыиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 третьего электронного ключа и к выходам второго и четвертого электронных ключей, выход интегратора соединен с входами компаратора и блоков выборки-хранения. в так° же с.выходом третьего электронного ключа, выход первого блока выборки-хранения через инвертирующий усилитель подключен к входу второго электронного ключа, выход второго блока выборки-хранения подключен к входу четвертого электронного ключа, выходы первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой блока управления подключены соответственно к управляющим входам первого, второго. четвертого электронных ключей, второго и первого бло% ков выборки-хранения, третьего электронного ключа и временного селектора, входы второй, третий, четвертый блока управления подключены соответственно к выходам

5 компаратора, счетчика импульсов, RS-триггера, а генератор импульсов через временной селектор подключен к входу счетчика импульсов, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных воз 10 можностей, а именно измерения мгновенного значения частоты исследуемого сигнала, в него введен формирователь образцового интервала времени, выход которого подключен к пятому входу блока

15 управления.