Коммутационный фазометр

 

ОП ИСАЙ ИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о

Союз Советскин

Социалистических

Республик ()879499 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04. 01.80 (21) 2863362/18-21 с присоединением заявки № (23) Приоритет (5I)M. Кд.

G 01 R 25/00

Государственный коинтет

СССР по делан нзобретеннЯ н открытнй

Опубликовано 07. 11 ° 81 ° бюллетень ¹ 41

Дата опубликования описания 07.11.81 (53) УДК621.317, .77(088.8) (72) Авторы изобретения

В.Т.Кондратов, P.Ë.Ãðèãoðüÿí и Ю.А.Скрипник

1! 1

Ордена Ленина институт кибернетики АН Украинской ССР (71) Заявитель (54) КОММУТАЦИОННЫЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении быстродействующих измерителей фазовых сдвигов между двумя гармоническими сигналами, изменяющимися в широком частотном диапазоне.

Известен коммутационный фазометр, содержащий коммутатор, линейный фазовый детектор, управляющий триггер и дискриминатор, причем фазовый

10 детектор соединен с источниками входных сигналов непосредственно и через коммутатор, который по двум входам соединен с управляющим триггером и т5 синхронным детектором, в котором для уменьшения влияния переходных процессов, обусловленных периодической коммутацией исследуемых сигналов, частота коммутации синхронизируется одним из исследуемых сигналов (1).

Недостатком устройства является дополнительная погрешность, обусловленная промежуточным преобразова-, телем фазового сдвига в напряжение, которое далее кодируется.

Известен коммутационный фазометр, содержащий коммутатор, однополярный триггерный преобразователь, логический элемент И, генератор квантующих импульсов, два блока пересчета, реверсивный счетчик импульсов, блок управления и цифровой отсчетный блок, причем однополярный триггерный преобразователь соединен с сигнальными входами фазометра непосредственно и через коммутатор, соединенный с одним из выходов блока управления, три других выхода которого соединены с входами реверсивного счетчика импульсов, цифрового отсчетного блока и генератора квантующих импульсов соответственно, выход однополярного триггерного преобразователя соединен с одним из входов логического элемента И, другой вход которого соединен с одним из выходов генератора кванту879499

4р ющих импульсов, а выход через первый блок пересчета соединен со счетным входом реверсивного счетчика импульсов, выход которого соединен с информационным входом цифрового

5 отсчетного блока, второй выход генератора квантующих импульсов через второй блок пересчета соединен с входом блока управления t2j. Непосредственное кодирование временного ин- 1ð тервала, пропорционального измеряемого фазовому сдвигу, повышает точность измерения. Иедостатком этого устройства является наличие случайной погрешности, обусловленной нецелочисленным соотношением частоты исследуемых сигналов и частоты сигналов генератора квантующих импульсов, а также частоты коммутации

F управляющего напряжения и входных исследуемых сигналов, т.е. — „

& и -о, где и — целые числа °

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерения фазовых сдвигов сигналов.

Эта цель достигается тем, что в коммутационный фазометр, содержащий последовательно соединенные с входной клеммой источника измерительного сигнала коммутатор, однополярзр ный триггерный преобразователь, первый логический элемент И, первый блок пересчета, реверсивный счетчик импульсов и цифровой отсчетный блок, второй блок пересчета, генератор квантующих импульсов1выход которого соединен с вторым входом первого логического элемента И и входом второго блока пересчета, а также блок управления, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, и с входом установки режима работы реверсивного счетчика импульсов, введены блок сравнения временных интервалов, формирователь импульсов сброса и последовательно соединенные с управляющим входом генератора квантующих импульсов преобразователь "код-напряжение", счетчик импульсов и второй логический элемент И, первый вход которого соединен с выходом генера- р тора квантующих импульсов, а второй вход — с выходом блока сравнения временных интервалов, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом второго блока ss пересчета и выходом блока управления, вход сброса в нуль счетчика импульсов соединен с третьим выходом формирователя импульсов сброса, выход второго элемента И соединен с входом счетчика импульсов, выход которого соединен с входом преобразователя "код-напряжение", первый и второй выходы формирователя импульсов сброса соединены соответственно с входами сброса в нуль реверсивного счетчика импульсов и цифрового отсчетного блока, выход блока управления соединен с входом формирователя импульсов сброса, а синхронизирующий вход — с вторыми входами коммутатора, однополярного триггерного преобразователя и с выходной клеммой источника опорного сигнала.

Функциональная схема коммутационного фазометра приведена на чертеже °

Фазометр содержит коммутатор 1, блок 2 управления, однополярный триггерный преобразователь 3, первый логический элемент И 4, первый блок 5 пересчета, реверсивный счетчик 6 им-. пульсов, цифровой отсчетный блок 7, генератор 8 квантующих импульсов, второй блок 9 пересчета, формирователь 10 импульсов сброса, преобразователь "код-напряжение" 11, второй логический элемент 12, блок 13 сравнения временных интервалов, счетчик

14 импульсов.

При этом первый вход коммутатора

1 соединен с входной клеммой источника измерительного сигнала, второй вход соединен с синхронизирующим входом блока 2,вторым входом преобразователя 3 и с входной клеммой источника опорного сигнала.

Вход управления коммутатора 1 соединен с выходом блока 2.

Выход коммутатора 1 через последовательно соединенные преобразователь

3, элемент И 4, блок 5 пересчета и счетчик 6 соединен с блоком 7.

Входы сброса в нуль счетчика 6 и блока 7 соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя 10, вход которого соединен со входом установки режима работы реверсивного счетчика импульсов, вторым входом блока сравнения временных интервалов и с выходом блока 2.

Третий выход формирователя 10 соединен с входом сброса в нуль счетчика 14. Выход счетчика 14 через преобразователь 11 соединен с управляющим входом генератора 8. Счетный вход счетчика 14 соединен с выходом элемента И 12.

5 87

Первый вход элемента И 12 соединен с вторым входом элемента И 4, входом блока 9 и с выходом генератора 8.

Второй вход элемента И 12 соединен с выходом блока 13, первый вход которого соединен с выходом 9.

Работа коммутационного фазометра заключается в следующем. Сравниваемые по фазе измерительный Uq(t) и опорный Uon (t) сигналы частоты f. = 1I7 поступают соответственно на первый и второй входы коммутатора 1. Коммутатор 1 управляется напряжением частоты коммутации Р, формируемой блоком 2.

Постоянное значение частоты коммутации Р обеспечивается делением частоты опорного сигнала с помощью блока 2 с целочисленным коэффициентом деления m, которое изменяется при перестройке частоты сравниваемых по фазе сигналов(Р= R)m, где vn— - целые числа. Это обеспечивает постоянство частоты коммутации в широком частотном диапазоне.

С выхода коммутации 1 сигналы

О (t) и U >n (4) поочередно с частотой коммутации 1= = 8 /ю, намного меньшей частоты входных сигналов, поступают на первый вход преобразователя 3, на второй вход которого постоянно подается опорный сигнал Uon(t) .

В первый такт работы коммутационного фазометра (при положении коммутатора 1, показанном на чертеже) преобразователь 3 формирует m/2 интервалов временного сдвига 4 1 между сигналами, которые поступают на первый вход элемента И 4. На второй вход элемента И 4 поступают импульсы с частотой следования Ур с выхода генератора 8.

При погрешности формирования временных интервалов равной 4 „ на вход счетчика 6 через блок 5 поступит М1 импульсов. Так как в первый такт работы коммутационного фазометра счетчик 6 устанавливается в режим прямого счета, то.число импульсов, поступивших в счетчик б,определится выражением:

9499 6

М1=йЧ+4М„. (11

Во второй такт работы коммутационного фазометра счетчик 6 устанавливается в режим обратного счета (вычитания) . Коммутатор 1 устанавливается в положение, противоположное показанному на чертеже. Преобразователь 3 формирует m/2 временных интервалов а равных погрешности формирования, так как на его входы поступает один и тот же сигнал Ор„(ь).

В результате во второй такт работы на вход счетчика 6 поступит и им1 пульсов

Al — 4190)1 =4М, . (1)

В конце второго такта число импульсов, записанное в счетчике 6,определится выражением 0

1=И„-Н„= „=И„. (3)

1 ЫКс„

При коэффициенте деления блока 5, равном — — (4)

Dtp k0 ьу Ч 3b0 Х р где g4 — заданная разрешающая способность фазометра, в град

20 1Г,2 3ЬО >< ЬЬВ =QCqx Я„44 т h9 Vxt () т.е. число импульсов, записанное в реверсивном счетчике .импульсов, пропорционально измеряемому фазовому сдвигу и зависит от соотношения частот Ро /0, где Ро = Рр /11, Поскольку при плавном изменении частоты входного сигнала происходит ступенчатое изменение коэффициента деления т, то меняется и частота коммутации F = В /м относи-, тельно некоторого оптимального значения р = 0/а =const Поэтому в результат измерения вносится дополнительная низкочастотная погрешность измерения дЯ „, обусловленная отклонением частотй F от F0

Для исключения дополнительной низкочастотной погрешности необходимо обеспечить постоянство и равенство частот1= =Г0=сопэ1. Частота Р связана с частотой Я через коэффициент а частота 1=0 связана с частотой о чеРез коэффициент 11 . ДпЯ обеспечения постоянства и равенства частот

F u То необходимо изменить частоту на значение д 2,,при котором обеспечилось бы равенство Рр = Р .

Для этого выходную частоту Яр генератора 8 делят в и раз с помощью блока 9. В результате формируется вспомогательное низкочастотное напряжение с частотой P0 = р/и, близкой к частоте коммутации. С помощью блока

13 сравнивают между собой полупериоды напряжения частоты коммутации и вспомогательного низкочастотного на.1 I пряжения, т,е, т = g H тр 11о

879499 нала.

Формула изобретения

В результате сравнения на выходе блока 13 в течение каждого периода напряжения частоты коммутации формируется импульс длительностью

54 =т-т= — — — = = — ° — (6)

0 к о у=, г„ р который поступает, на второй вход элемента И 1? и "разрешает" прохождение импульсов с частотой о с выхода генератора 8 на вход счетчика 14.

В результате в счетчике импульсов запишется число

Т, ь — .) 1 (7) которое преобразуется в пропорциональное напряжение коррекции с помощью преобразователя ll код 5) 1) ор ) I (8) 1где 5„— крутизна преобразования.

Под действием напряжения коррекции, поступающего на управляющий вход генератора 8, осуществляется переI стройка его частоты до значения У,) при котором обеспечивается равенство частот 1 и

В данном коммутационном фазометре исключена низкочастотная погрешность измерения,, 1цц за счет подстройки частоты генератора тактовых импульсов до значения, при котоPoM -= 0

Экспериментальные исследования подтвердили высокую эффективность предложенной схемы коммутационного фазометра. Длительность цикла измерения в разработанном макете фазометра в частотном диапазоне 20 — 10 Гц не превышает l r.

Таким образом, введение в коммутационный фазометр блока сравнения временных интервалов, преобразователя

"код-напряжения, счетчика импульсов и второго логического элемента И, соединенных определенным образом, обеспечило повышение точности и быстродействия измерения фазового сдвига сигналов в области низких частот.

Коммутационный фазометр, содержащий последовательно соединенные с входной клеммой источника измерительного сигнала коммутатор, однопо5

)о

)5

2О

ЗО

)о

45 лярный триггерныи преобразователь, первый логический элемент И, первый блок пересчета, реверсивный счетчик

1 импульсов и цифровой отсчетный блок, второй блок пересчета, генератор квантующих импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого логического элемента И и входом второго блока пересчета, а также блок управления, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора и с входом установки режима работы реверсивного счетчика импульсов, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерений, введены блок сравнения временных интервалов, формирователь импульсов сброса и последовательно соединенные с управляющий входом генератора квантующих импульсов преобразователь "код-напряжение", счетчик импульсов и второй логический элемент И, первый вход которого соединен с выходом генератора квантующих импульсов, а второй вход — с выходом блока сравнения временных интервалов, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом второго блока пересчета и выходом блока управления, вход сброса в нуль счетчика импульсов соединен с третьим выходом формирователя импульсов сброса, выход второго элемента И соединен с входом счетчика импульсов, выход которого соединен с входом преобразователя "код-напряжение, первый и второй выходы формирователя импульсов сброса соединены соответственно с входами сброса в нуль реверсивного счетчика импульсов и цифрового отсчетного блока, выход, блока управления соединен с входом формирователя импульсов сброса, а синхронизирующий вход — с вторыми входами коммутатора, однополярного триггерного преобразователя и с входной клеммой источника опорного сигИсточники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 516000) )I . G 0) R 25/00, 1976.

2. Скрипник Ю.А. Коммутационные цифровые измерительные приборы.

М., Энергия, 1973, с. 77-83.

879499

Составитель Н.Агеева

Редактор Г.Петрова Техред М.Голинка Корректор С.Шекмар

Заказ 9712/15 Тираж 735 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