Цифровой фазометр

 

ОПИСЛНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ii)960659 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 19. 1? . 80 (21) 3220333/18-21 (53) М. Кл. с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

G 01 R 25/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 23.09. 82. Бюллетень ¹35 ($3) УДК 621. 317. . 77 (088. Я) Дата опубликования описания 23 .09 . 82 (72) Авторы изобретения

В.Т. Ревин и Г1.M. Врилевский

Г1инский радиОтехническнй инс (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОИЕТР

Изобретение относится к радиоиэмерительной технике и может быть использовано при измерении фазовых сдви го в

Известен цифровой фазометр с пос-. тоянным .временем измерения, содержащий два формирователя, два триггера, два элемента совпадения, генератор квантуищих импульсов, счетчик импульсов, делитель частоты (1).

Однако в этом фаэометре возникает значительная амплитудно-фазовая. погрешность измерения фазовых сдвигов, обусловленная неидентичностью формирователей, и низкочастотная погрешность дискретного преобразования, причина возникновения которой в. некратности периода исследуемого напряжения и времени измерения фазометра. кроме того, цифровой фаэометр не позволяет производить измерение фазовых сдвигов двух равномерно существующих напряжений.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является времяимпульсной цифровой фаэометр, содержащий два аттенюатора, автоматический переключатель, избирательный усилитель, фазовращатель, широкополосный усилитель, два усилителя-ограничителя, две дифференцирующие цепочки, триггер с раздельными входами, элемент совпадения, генератор квантующих импульсов, два пересчетных блока, реверсивный счетчик, цифровой индикатор, блок управления, причем вход первого канала через первйй аттенюатор, автоматический переключатель, к второму входу которого через второй аттенюатор подключен вход второго канала, избирательный усилитель, первый усилитель-ограничитель, первую дифференцирующую цепочку подключен к первому входу триггера с раздельными входами, а вход второго канала через второй аттенюатор, фазовращатель, широкополосный усилитель,. второй усилитель-ограничитель, вторую дифференцирующую цепочку подключен к второму входу триггера с раздельными входами, выход которого через элемент совпадения, к второму входу которого подключен первый выход генератора квантующих импульсов, первый пересчетный блок, реверсивный счетчик подключен к входу цифрового индикатора. Второй выход генератора квантующих импульсов через второй пересчетный блок

30 подключен к входу блока управления, 960659 первый, второй, третий и четвертый выходы которого подключены к управ- ляющим входам соответственно автоматического переключателя, ререрсивного счетчика, цифрового йндикатора и генератора квантующих импуль- 5 сон (2 ).

Однако этот фазометр обладает низким быстродействием, поскольку частота коммутации выбирается значительно большей частоты входных 10 сигналов и после-измерительного периода коммутации для снятия отсчета с цифрового индикатора осуществляются

"холостые" такты автоматического переключателя. В фазометре существует низкочастотная погрешность дйскретного преобразования, обусловленная некратностью периода исследуемого напряжения и времени измерения фазовых сдвигов. Кроме того, фазометр не позволяет производить измерение фазовых сдвигов разновременно существующих исследуемых напряжений.

Целью изобретения является повышение точности, быстродействия и расширение функциональных возможностей измерения фазовых сдвигов исследуемых напряжений.

Указанная цель достигается тем, что в цифровой. фазометр, содержащий автоматический переключатель, выход которого через формирователь напряжения прямоугольной формы подключен к входу. триггера, выход которогс через элемент совпадения подключен к входу реверсивного счетчика, 35 цифровой индикатор, генератор кнантующих импульсов, блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам автоматического переключателя и реверсивного счетчика соот- 4п ветственно, делитель частоты, введены три дополнительных триггера, дополнительный элемент совпадения и счетчик, при этом выход триггера через первый и третий дополнительные 4 триггеры подключен к входу блока управления, выход генератора квантующих импульсов через дополнительный элемент совпадения, выход которого через. делитель частоты, второй допол"нительный триггер подключен к его . r .второму входу, подключен ко второму входу элемента совпадения, к третьему и четвертому входам которого подключены выходы соответственно первого и третьего дополнительных триггеров, выход реверсивного счетчика через счетчик подключен к входу цифрового индикатора, выход первого дополнительного триггера подключен к управляющим входам второго до- 6О полнительного триггера и счетчика.

Иа фиг. 1.приведена структурная схема фаэометра; на фиг. 2 — эпюры напряжений, поясняющие работу устройства. б5

Фазометр содержит. автоматический . переключатель 1, формирователь 2 напряжения прямоугольной форьы, триггер 3, элемент 4 совпадения, дополнительный элемент 5 совпадения, генератор б квантующих импульсов, первый дополнительный триггер 7, реверсивный счетчик 8, второй дополнительный триггер 9, третий дополнительный триггер 10,счетчик 11, делитель 12 частоты, блок 13 управления, цифровой индикатор 14.

Причем на первый и второй вход автоматического переключателя 2 подаются исследуемые сигналы, а его выход через формирователь 2 подключен к входу триггера 3, выход которого через первый 7 и третий 10 дополнительные триггеры подключен к входу блока 13 .управления, первый и второй выходы которого подключены

К управляющим входам автоматического переключателя 1 и реверсивного счетчика 8 соответственно. К первому, третьему и четвертому входам элемента 4 совпадения подключены ныходы триггеров 3, 7 и 10 собтветственно, а к его второму входу через элемент

5 совпадения подключен выход генератора б квантующих импульсов. К второму входу элемента 5 совпадения через делитель 12 частоты, триггер 9 подключен его выход. Выход элемента

4 совпадения через ренерсивный счетчик 8, счетчик 11 подключен к входу цифрового индикатора 14. Выход триггера 7 подключен к управляющим входам триггера 9 и счетчика 11.

Фазометр работает следующим образом.

Исследуемые входные сигналы (фиг. 2 аД

Uq 0.1 ы Я (О С Yq)

01= Ups < n(= $) {1) поступают на вход автоматического переключателя 1, на управляющий вход которого поступают .импульсы управления от блока 13 упранления. При работе автоматического переключателя 1 с ча частотой Я (рис. 2, е) íà его выходе формируется непрерывное напряжение, модулированное по фазе с частотой коммутации

U>--U„Sin (ю+ -4„) F {+ +01619 (ш1-. .Р1) .F (+)е {1) Напряжение (2) преобразуется в напряжение прямоугольной формы при помощи формирователя 2 (рис. 2„ в) 960659 которое подается на.последовательно соединенные триггеры 3, 7 и 10. На выходе второго дополнительного триггера 10 (рис. 2, е) формируется напряжение частоты коммутации Я, которое поступает на блок 13 управления и 5 управляет его работой. При этом пери.— од коммутирующего напряжения <)) = — свя1

Q. зан с периодом коммутируемых напряжений Т следующей зависимостью

t0 (+1 )g где m — целое положительное число, в ф О.

В первый такт работы автоматическо- 5

ro переключателя 1 на вход триггера

3 поступают напряжение прямоугольной форма, моменты перехода через нуль которого определяются следующим выражением 20

<) e„т1 = О ) e „= —" - (4 ) В другой такт работы автоматического переключателя 1 на вход триггера 3 поступает напряжение прямоугоьной формы, моменты перехода через нуль которого определяются

Оэ 2-Ч1=О; e1= — „(5)

Y2.. 30

На выходе триггера 3 формируется прямоугольное напряжение (рис. 2, г), длительность начального импульса 35 которого. в первый такт работы автоматического переключателя 1. равна

Ef «<))

-T )„) (g)

40 а во второй такт,. 1 2

Щ

На выходе первого дополнительно- 45 го триггера 7 также формируется напряжение прямоугольной формы (рис.2уд), длительность начального импульса которого во второй такт работы авто.матического переключателя 1 равна 50

I т"=т " =т ° ) e)

На выходе третьего дополнительного триггера 10 формируется напряже- 55 ние прямоугольной формы (рис. 2, е), длительность импульса которого в первый такт работы автоматического переключателя 1 равна

8"=1 Т-Т; g9) При реверсировании счетчика 8 с 5 частотой я в моменты переключения ава во второй такт

e. (? -1) т+ Т (0) Таким образом, период коммутации складывается из двух полупериодов, длительность которых зависит не только от частоты входных сигналов, но и от фазового сдвига между этими сигналами. Кроме того, при 4 - Vg =180 длительности полупериодов коммутации становятся равными, при фазовых сдвигах, меныаих 180 8 < 8"),,а при фазовых сдвигах, больщих 180 8 >6", что дает возможность автоматически ийдицировать знак фазового сдвига.

Выходные напряжения триггеров 3, 7 и 10 .поступают на входы элемента .

4 совпадения и открывают его только на моменты времени, равные т в пер- вый такт работы автоматического переключателя 1 и i - во второй такт работы (рис. 2, и). На этот же элемент совпадения поступают от генератора 6 квантующих импульсов следующие с высокой частотой повторения f квантующие импульсы. С выхода ,элемента 4 совпадения на реверсивный счетчик 8 за время одного периода коммутации поступают пачки квантующих импульсов, количество которых определяется (рис. 2, 3) .N=Гт, k=f7", (1) Время измерения Т ограничивается с помощью дополнительных элемента 5 совпадения и второго триггера 9, а также делителя 12.частоты. Количество пачек квантующих импульсов, проходящих на выход элемента 4 совпадения, определяется п = 2ЯТp°. (12)

Выходное напряжение триггера 7 поступает на вход триггера 9 и опрокидывает его в моменты времени, сдвинутые во времени относительно импульсов коммутации на постоянную, зависящую от частоты входных исследуемых напряжений, величину, т.е. триггер

7 формирует импульс запуска. Триггер

9.открывает элемент 5 совпадения, и рт генератора 6 квантующих: импуль сов на элемент 4 совпадения и делитель 12 частоты и поступают квантующие импульсы. Сигнал триггера 7 также сбрасывает на нуль показания счетчика 11. После прохождения заранее заданного числа квантующих импульсов N, кратного 360О, делитель 12 частоты выдает на триггер 9 сигнал, элемент .5 совпадения закрывается и процесс измерения прекращается.

На реверсивный счетчик 8 в первый такт работы коммутатора поступает число импульсов

N = (Т - Т )f (») В следук)щий такт работы автоматического переключателя н" = (т + ) f. (14) 960659 томатического переключателя, что обеспечивается блоком 13 управления, число импульсов, накопленных реверсинным счетчиком 8 за один период коммутации

N И - М ** - - — > н 2YF

360бF

Ю1- Р1

F — частота исследуемых напряжений.

Количество периодон коммутации за время измерения

30 и = гЯт,. г F

Так как зс= gg, то

2ГТМ

2"" " -!

Пачки импульсов (15) с выхода реверсивного счетчика 8 поступают на вход счетчика 11. Таким образом, общее количество импульсов, сосчитанное счетчиком 11 равно

4 4f Т„ЧЕТ

N =пМ= = - (18) ИЪм (mÔ1 1) о (11т)11,) 9 О

При fll = 2 (что соответстнует рассматриваемой схеме) формула (18) преобразуется

Г3 0

ЧКТи (19) Кроме того, предлагаемый цифровой фазометр имеет более широкие функциональные возможности, что достиИэ полученного ныражения следует, что выбрав надлежащее соотношение между частотой следования кван- 35 тующих импульсов f и временем измерения Tä, можно получить отсчет и „, соответствующий величине измеряемого фазового сдвига 4 .

Таким образом, технико-экономичес- 40 кие преимущества предлагаемого цифрового фазометра по сраннению с известным, заключается в более высокой точности измерения фазовых сдви гов, которая достигается за счет син- 45 хрониэации момента запуска с частотой исследуемых напряжений, более высоком быстродействии измерения фазовых сдвигов, которое достигается эа счет уменьшения времени измерения и повы шения частоты коммутации по сравнению с частотой исследуемых напряжений. гается обеспечением возможности измерения фазовых сдвигов двух равномерно существующих исследуемых напряжений.

Формула изобретения

Цифровой фаэометр, содержащий автоматический переключатель, выход которого через формирователь напряжения прямоугольной формы подключен к входу триггера, выход которого через элемент совпадения подключен к входу реверсивного счетчика, цифровой индикатор, генератор квантующих импульсов, блок управления, выходы которого подключены к управляющим нходам автоматического переключателя и реверсивного счетчика соответственно, делитель частоты, от л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, быстродействия и расширения функциональных возможностей измерения фазовых сдвигов исследуемых напряжений, введены три дополнительных триггера, дополнительный элемент совпадения и счетчик, причем выход триггера через последовательно соединенные первый и третий дополнительные триггеры подключен к входу блока управления, выход генератора квантующих импульсов через дополнительный элемент совпадения, выход которого через последовательно соединенные делитель частоты, второй дополнительный триггер подсоединен к его второму входу, подключен к второму входу элемента совпадения, к третьему и четвертому входам которого подключены выходы соответственно первого и третьего дополнительных триггеров, выход реверсивного счетчика через счетчик подключен к входу цифрового индикаторов, выход первого дополнительного триггера подключен к управляющим входам второго дополнительного триггера и счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе

1. Смирнов П.T ° Цифровые фазометры. N., "Энергия", 1974, с. 33, рис. 13.

2. Скрипник И.A. Коммутационные цифровые измерительные приборы. М., "Энергия", 1973, с. 73-77, рис. 3-1, 3-2, 3- 3.

960659

lit а

Составитель Н. Агеева

Редактор Н. Пушненкова Техред М,Коштура Корректор Ю. Макаренко

Заказ 7255/51. Тираж 71 7 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4