Фазометр

 

Союз Советски к

Соцнапнстнческнк

Республик (II> 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ).Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12. 04. 79 (21) 2751512/18-21 (51) NL. Кл. с присоединением заявки .%

G 01 R 25/00

Гаоударставииый комитат

СССР (23) Приоритет (53) УДК621.317..77(088.8}

Опубликовано 07. 04, 82. Бюллетень РЪ 13

Дата опубликования описания 07.04.82 ао аеиам иэобратеиий и открытий (72) Автор изобретения

В.Л.Кофанов

Винницкий политехнический институт (7I) Заявитель (54} ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к фазоизмерительной технике, а именно к триггерным фазометрам.

Известен фазометр, содержаций в каждом из двух каналов последователь" но соединенные усилитель-ограничитель и делящий триггер, обций для двух каналов измерительный триггер, входы которого соединены с выходами делящих триггеров, а его выход — с входом индикатора,.а также фильтр нииних частот, вход которого подключен к выходу измерительного триггера, выход фильтра соединен с первыми входами пороговых блоков, а вторые их входыс выходом генератора импульсов, при этом выходы пороговых блоков соединены со счетным входом деляц>его триггера одного из каналов Г1) .

Однако наличие "запасных" участков на краях шкалы индикатора, в которые перебрасывается стрелка измерительного прибора при изменении фазовых сдви гов, ухудшает помехоустой чи вост ь прибора при растяжке шкалы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является фазометр, содержаций в обоих каналах последовательно соединенные ограничитель и формирователь, во втором канале, кроме того, триггер со счетным входом, а также элемент И, измеритель1о ный триггер, входы которого соединены с выходами формирователей, и индикатор, вход которого соединен с выходом измерительного триггера, а также ключевые элементы, которые подключены к

15 выходу формирователя одного из каналов - .один непосредственно, а другойчерез инвертор, выход элемента И соединен со счетным входом дополнительного триггера, соединенного своими

;потенциальными выходами с управляющими входами ключевых элементов, при .этом вход другого канала соединен со входом дополнительного ограничителя, 918880

3 выход которого соединен со вторым входом элемента И Qj .

На краях шкалы индикатора также имеются "запасные" участки, что также ухудшает помехоустойчивость устройства при растяжке (c целью повышения разрешающей способности фазометра) шкалы.

Кроме того, в фазометре затруднена цифровая индикация измеренной разнос- 10 ти фаз. Это обусловлено непропорциональностью длительности импульса на выходе измерительного триггера разности фаз, соответствующей показаниям индикатора в дополнительных зонах. 15

Например, если стрелка индикатора на ходится в правом участке шкалы, то при измеряемом угле 5 будет большая длительность импульса, а в левом участке шкалы - малая. 20

Цель изобретения - повышение помехоустoN÷èBoñòè устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в фазометр, содержащий в первом и втором канале соединенные последовательно ограничитель и формирователь коротких импульсов, на выходе — измерительный триггр и индикатор, а также дополнительный ограничитель, вход которого соединен с входом второго канала, два элемента совпадения первые входы которых подключены к выходам формирователя коротких импульсов в первом канале, дополнительный триггер и индикатор знака, введены фазовращатель, интегратор и пороговый элемент, в качестве измерительного триггера используют триггер с комбинированным запуском, 40 а в качестве дополнительного - триггер с раздельным запуском, причем фазовращатель подсоединен к входу второго канала и выходом соединен с ограничителем в этом канале, вторые входы обоих элементов совпадения под45 ключены к выходу дополнительного ограничителя, первый и второй установочные входы измерительного триггера соединены соответственно .с выходами первого и второго элементов совпадения, а счетный вход — с выходом формирователя коротких импульсов во втором канале, кроме того,. выходы обоих элементов совпадения соединены с входами дополнительного триггера, вход которого подключен к последовательно соединенным интегратору, пороговому элементу и индикатору знака.

На чертеже представлена функциональная схема фазометра, фазометр состоит из двух каналов, содержащих ограничители 1 и 2, предназначенные для формирования прямо- угольных импульсов, временное положение фронтов которых совпадает с моментами перехода входного сигнала через нуль. Последовательно с .ограничителями соединены формирователи 3 и 4 коротких импульсов, причем формирователь 3 коротких импульсов в первом канале имеет два выхода, с одного из которых снимаются короткие импульсы, соответствующие положительным переходам второго сигнала через нуль, а со второго — отрицательным, Эти выходы соединены со входами элементов 5 и б совпадения. Импульсы на выходе формирователя 4 коротких импульсов во втором канале соответствуют одному из переходов входного сигнала через нуль.

Фазовращатель 7 подсоединен ко входу второго канала и выходом соединен с ограничителем 2, кроме того, ко входу второго канала подсоединен дополнительный ограничитель о. Общими для обоих каналов являются соединенные последовательно измерительный триггер

9 и индикатор 10, При этом измерительный триггер 9 выполнен по схеме с комбинированным запуском, установочные входы его соединены с выходами элементов 5 и 6 совпадения, а счетный вход - с выходом формирователя 4 коротких импульсов. Выходы элементов

5 и 6 совпадения соединены со входами дополнительного триггера 11, который выполнен по,схеме с раздельным запуском, выход дополнительного триггера 11 подключен к последовательно соединенным интегратору 12, пороговому элементу 13 и индикатору 14 знака., Устройство работает следующим образом.

Если в процессе измерения сдвиг фаз Ч между входными сигналами находится в пределах 0 - М 180 или

180 < Ч < 360, то один из импульсов на выходе формирователя 3 коротких импульсов совпадает во времени с появлением, например, положительного импульса на выходе дополнительного ограничителя 8 и проходит через один из элементов 5 или 6 совпадения на один из установочных входов измерительного триггера 9, устанавливая его в состояние 0 или 1. При этом импульс

5 9188 на выходе формирователя 4 коротких импульсов, поступающий на счетный вход измерительного триггера 9, уста навливает его в противоположное состояние. Так на выходе измерительного 5 триггера 9 появляется последовательность импульсов, длительность которых несет информацию об измеряемой разности фаз.

При аналоговом измерении постоян" ная составляющая импульсов на выходе измерительного триггера 9, прог орциональная измеряемой разности фаз,подается на индикатор 10, например стре-. лочный прибор. При цифровом измерении 15 в индикаторе 10 осуществляется заполнение импульсов с выхода триггера 9 импульсами квантующей частоты, подсчет числа квантующих импульсов, пропорционального измеряемой разности 2О фаз, и цифровая индикация результатов измерения.

При = 0 (360 ) и Ч = 180 оба импульса с выхода формирователя .коротких импульсов попадают ео време- 25 ни на края положительного импульса, на выходе дополнительного ограничителя 8, поэтому для надежной работы фазометра можно предусмотреть ассиметрию этого ограничителя 8 так, 50 чтобы оба импульса появлялись на выходах обоих элементов 5 и 6 совпадения. Измерительный триггер 9 переклю.чается с приходом каждого счетного импульса и каждого из установочных З5 импульсов, появляющихся во времени перед счетным, а установочный импульс, следующий после счетного лишь подтверждает предыдущее состояние измерительного триггера 9 С уче" „

I о том сдвига фаз на 90, вносимого фа" зовращателем 7, импульсы, поступающие на счетный вход измерительного триггера 9 с выхода формирователя 4 коротких импульсов, не совпадают во времени с установочными не менее, чем на

1/4 периода входных сигналов.из-за чего исключаются эоны неустойчивои работы измерительного триггера. !

Следовательно, при Ч=О (360 ) коо о 50 роткие импульсы на входе, например, установки единицы измерительного триггера 9 приходят перед счетнымй и на выходе триггера формируются импульсы минимальнои длительности, при- .

55 мерно равной 1/4 периода входных сигналов. При аналоговом методе измерения постоянная составляющая этих им6 пульсов компенсируется при установке нуля в индикаторе 10, а при цифровом " число квантующих импульсов, пропорциональное 1/4 периода, принимается за нуль. При Чх 180 временное положение установочных импульсов относительно счетного, противоположно-и длительность выходных импульсов максимальна, примерно равна 3/4 периода.

При нарастании фазы в пределах о о

0 - fc.100 длительность импульсов на выходе измерительного триггера 9 увеличивается от l/4 периода до 3/4 пери" ода, а е пределах 180 « (360 - убывает от 3/4 до 1/4 периода. S этих интервалах фазовых сдвигов лишь один из импульсов с выхода формирователя

3 коротких импульсов попвдает на один из установочных входов измерительного триггера 9.

При. воздействии флюктуаций импульсы с выхода формирователя 3 коротких импульсов пульсируют на краях положительного импульса дополнительного ограничителя 8, что может приводить к индикации разрешающей способности выходы элементов 5 и 6 совпадения соединены со входами дополнительного триггера 11, который при наличии импульсов на одном из его входов устанавливается в соответствующее состояние, Постоянное напряжение через интегратор 12, например, интегрирующую

RC-цепь с выхода дополнительного. триггера 11 подводится ко входу порогового элемента 13, например, дифференциального усилителя, второй вход которого подключен, например, к эталонному постоянному напряжению, равному половине разности напряжений на выходе дополнительного триггера 11 в выключенном и включенном состоянии.

В зависимости от уровня напряжения на выходе дополнительного триггера 11 пороговый элемент. 13 переключается в одно из двух состояний и с помощью индикатора 14 знака подсвечивает шкалу или знак измеренной разности фаз. При попадании двух импульсов на выходы дополнительного триггера 1.1, что имеет место при воздействии фазовйх флюктуаций и значении измеряемых углов в окрестности 0ь (360 ) и 180, он переключается, и среднее значение напряжения на выходе интегратора 12 равно напряжению на втором входе порогового элемента 13. При этом пороговый элемент 13 либо включен в любое положе" ние и индицируется любой знак, либо

918880

1. Авторское свидетельство СССР

4 359611, кл . С 01 R 25/04, 1970.

50 находится в среднем положении и знак не индицируется, что не искажает результат измерения. Если среднее значение разности фаэ смещается относительно 0 (360 ) или 180, изменяется и среднее значение напряжения на выходе интегратора 12 и фазометр четко индицирует знак среднего значения измеряемого угла. В предлагаемом фазометре реализу- 1О ется полигональная характеристика индикатора (зависимость показаний индикатора от измеряемой разности фаз) .

Эта характеристика не имеет разрывов в отличие от характеристик известных 15 триггерных фазометров и позволяет реализовать непрерывную шкалу отсчетов, типа круговой. При использовании в качестве индикаторов обычных стрелочных приборов такую шкалу можно г0 выполнить оцифровкой ее слева направо, например, от 0 до 180 (допустим, верхняя шкала) и справа налево, напри" мер, от 180О до 360 (нижняя шкала) .

При воздействии фазовых флюктуаций положение стрелки остается на определенном участке шкалы, соответствующем

0 среднему значению измеряемой величины, не происходит ее переброс с одного конца шкалы на другой. Этим дости- 30 гается повышение помехоустойчивости индикации. Неоднозначность отсчета устраняется путем подсветки шкалы, например, с помощью светодиодов, включаемых индикатором знака. 35

Введение фазовращателя обеспечиsaет разнос во времени импульсов, поступающих на входы измерительного триггера, не менее, чем на четверть периода входных сигналов, из-за чего 40 исключаются зоны неустойчивых показаний .

В пределах каждой шкалы длительность импульсов на выходе измерительного триггера пропорциональна измеря- 45 емой разности фаз, что дает возможность осуществить цифровую индикацию (индикатор знака в этом случае указывает знак измеренной величины). фазометр обеспечивает высокую помехоустойчивость без дополнительных зон отсчетной шкалы, позволяет просто реализовать цифровой отсчет, удобен для выполнения на интегральных микросхемах.Он может быть использован в качестве самостоятельного прибора (диапазон частот при этом определяется фазовращателем на 90 ), но осоо бенно — в качестве индикаторного устройства в фазометрах с преобразованием частоты.

Формула изобретения

Фазометр, содержащий в первом и втором канале соединенные последовательно ограничитель и формирователь коротких импульсов, на выходе — измерительный триггер и индикатор, а также дополнительный ограничитель, вход которого соединен с входом второго канала, два элемента совпадения, первые входы которых подключены к выходам формирователя коротких импульсов в первом канале, дополнительный триггер и индикатор знака, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены фаэовращатель, интегратор и пороговый элемент, в качестве измерительного триггера используют триггер с комбинированным запуском, а в качестве дополнительного — триггер с раздельным запуском, причем фаэовращатель подсоединен к входу второго канала и выходом соединен с ограничителем в этом канале, вторые входы обоих элементов совпадения подключены к выходу дополнительного ограничителя, первый и второй установочные входы измерительного триггера соединены соответственно с выходами первого и второго элементов совпадения, а счетный вход - с выходом формирователя коротких импульсов во. втором канале, кроме того, выходы обоих элементов совпадения соединены с входами дополнительного триггера, вход которого подключен к последовательно соединенным интегратору, пороговому элементу и индикатору знака.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2. Авторское свидетельство СССР и 397851, кл. С 01 R 25/00, 1971.