Цифровой фазометр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф (61) Дополнительное к авт. свид-ву—

Союз Советскик

Социалистических республик (22) Заявлено 1Ы4.81 (21) 3275485у18-21 (31} М. КЛ.

G 01 R 25/02 с присоединением заявки М— (23) Приаритет—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (33} УДК 621. 317. .77(088.8) Опубликовано 2 у082 Бюллетень Мо39

Дата опубликования описания 23. 10. 82

В.И.Евграфов, Ю.A.Пальчун и А.Ф.Симонюк (72) Авторы изобретения

Сибирский государственный научно-исследов ельСкий., институт метрологии (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОИЕРР

Изобретение относится к технике фазовых измерений и может быть использовано для точного измерения фазового сдвига между двумя гармоническими напряжениями.

Известен цифровой фазометр с непрерывным и равномерным вращением фазы сигнала квантующего генератора, содержащий два формирующих блока, управляемый триггер, непрерывный фазовращатель, два элемента совпадения, триггер, счетчик импульсов, делитель частоты, квантующий генератор, блок фазовой автоподстройки частоты, делитель с регулируемым коэффициентом деления и блбк регулировки коэффициента деления l1 >.

Недостатком этого устройства является сложность аппаратуры.

Наиболее. близким к изобретению по технической сущности является цифровой фазометр, содержащий два формирователя, управляемый триггер, два элемента совпадения, счетчик импульсов, триггер, непрерывный фазовращатель, третий;формирователь. делитель частоты, блок автоматйки,блок управления скоростью вращения фазовращателя, блок фазовой автоподстройки частоты, содержащий задающий генератор, фазовый детектор, фильтр нижних частот и блок поиска, генератор гармоник и полосовой фильтр (2 ).

Для минимизации погрешности измерения и получения предельной разрешающей способности фазовращатель должен осуществлять равномерное в течение времени измерения вращение фазы сигнала задающего генератора.

Недостатком данного фазометра является сложность аппаратуры при достижении высокой точности и разрешающей способности.

Цель изобретения — упрощение аппаратуры при сохранении высокой точности и разрешающей способности.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровом фазометре,содержащем на входе два формирователя,выходы которых через последовательно соединенные управляемый триггер и два элемента совпадения соединены с счетчиком импульсов, второй вход первого элемента совпадения через третий формирователь соединен с блоком фаэовой автоматической подстройки частоты (ФАПИ), состоящим кз задающего генератора, фазового детектора, соединенного с фильтром

ЗО нижних частот и блока поиска, выход.968770

3 которого соединен с выходом .фильтра, нижних частот и входом задающего генератора, второй вход второго эле:мента совпадения через последователь, но соединенные тркггер, блок автома. тики и делитель частоты соединен с выходом задающего генератора, один из входов фазометра через последова.тельно соединенные генератор гармоник и полосовой фильтр соединен с первым входом фазового детектора, и 0 блок управления, выход блока управ-, ления соединен с входом блока поис-. ка, а вход — с выходом. блока автоматики, второй выход делителя частоты соединен с вторым входом фазового детектора.

На фиг. 1 представлена блок-схема цифрового фазометра; на фиг. 2 диаграммы его работы.

Фазометр состоит из формирователей 1 и 2, выходы которых через управляемый триггер 3 и два элемента 4 и 5 совпадения соединены со счетчиком б импульсов, второй вход первого эле-.. мента 4 совпадения через третий фор1мирователь 7 соединен с блоком ФАПЧ, состоящим из задающего генератора 8, фазового детектора 9, соединенного с фильтром 10 нижних частот и блоком 11 поиска, второй вход второго элемента 5 совпадения через триггер 30

12, блок 13 автоматики и делитель 14 частоты соединен с выходом задающего генератора 8, один из входов фа- зометра через. генератор 15 гармоник и полосовой фильтр 16 соединен с пер-35 вым входом фазового детектора,вы ход блока 17 управления через блок

11 поиска соединен с фильтром 10 нижних частот и задающим генератором 8, а вход соединен с первым вы- 40 ходом делителя 14 частоты, второй выход которого соединен с вторым входом фазового детектора 9.

Фазометр работает следующим образом.

На вход поступают гармонические 45 колебания, фазовый сдвиг между которыми необходимо измерить. В формирователях 1 и 2 выделяются остроконечные импульсы, соответствующие переходу через "нуль" входных колеба-: 50 ний, под воздействием которых на уп равляемом триггере 3 формируются прямоугольные импульсы с длительностью

Ч . где Ч вЂ” измеряемый фазовый сдвиг;

° н — угловая частота входных сигналов.

Прямоугольные импульсы поступают на первый элемент 4, совпадения, на бО второй вход которого поступают кван-: ° тующие импульсы с третьего формирователя 7 с частотой задающего генератора 8. Пачки квантующих импульсов .через второй элемент 5 совпадения 65 поступают на счетчик 6 импульсов и просчитываются им в течение времени, формируемого триггером 12, открываю- щим второй элемент 5 совпадения на время, определяемое периодом следования нмпульсов с выхода делителя 14 частоты с помОщью блока 13 автоматики. Генератор 15 гармоник, подключенный к входу фазометра, создает спектр гармоник, кратных частоте входного сигнала. Нужная гармоническая составляющая выделяется полосовым фильтром 16 и1 поступает на первый вход фазового детектора 9. Выходное напряжение с выхода фазового детектора 9, проходя через фильтр 10 нижних частот, подстраивает частоту и. фаз Р сигнала задающего генератора 8 под выделенную полосовым фильтром

16 гармонику, обеспечивая целочисленное отношение частот входного сигнала и задающего генератора 8. Блок

11 поиска осуществлйет плавную перестройку частоты задающего генератора 8 до захвата в блоке ФАПЧ,а после установления синхронизма работает как фазовый модулятор сигнала задающего генератора 8, крутизна модулирующего напряжения определяется блоком 17 управления, а его период — блоком 13 автоматики.

В данном цифровом фазометре функцию линейного изменения фазы сигнала задающего генератора .8 осуществляет блок ФАПЧ, благодаря тому, что сигнал с выхода задающего генератора 8 подается на фазовый детектор 9 не непосредственно, .а через делитель 14 частоты, при этом блок 11 поиска не отключается после установления синхронизма в блоке ФАПЧ, а продолжает работать в режиме модулятора, т.е. вырабатывает линейно изменяющееся напряжение (ЛИН) в течение времени измерения, задаваемого блоком 13 автоматики с крутизной, задаваемой блоком. 17 управления. Управление крутизной модулирующего напряжения необходимо для того, чтобы изменение фазы сигнала задающего генератора

8 было равно 360 аа время измерения, которое может изменяться в зависимости от частоты входного сигнала

Если в петле регулирования блока

ФАПЧ, находящейся,в режиме синхронизма, действует .модулирующее ЛИН (фиг. 2 a), то рабочая точка перемещается по участку характеристики фазового детектора 9 (фиг. 2 6) между точками A и Б, а фаза сигнала на входе фазового детектора 9 с делителя .14 частоты изменяется в интервале ЧА — Чб . Фаэа сигнала генератора 8 изменяется в интервале н(Ч вЂ” Чб), где n - коэффициент деления делителя 14 частоты. Для модуляции фазы в пределах 360 достаточно, чтобы n v 3. Для линейности фазо; 968770

Формула изобретения вой модуляции характеристика фазового детектора 9 должна быть треугольной формы,что обеспечивает, например, балансный диодный разовый детектор с равными уровнями входных сигналов.

Раствор характеристики управления частотой задающего генератрра 8 выбирается таким, чтобы модулирующее напряжение до установления синхронизма в блоке ФАПЧ было достаточно для перестройки задающего генератора 8 в требуемой полосе от п,„„ до .,,(фиг. 26).

Таким образом, в данном фазометре исключается сложный узел — фазовра,щатель с сохранением принципа измере- l5

: ния с равномерным вращением фазы кван-, тующих импульсов, что обеспечивает высокую точность и разрешающую спо собность.

Кроме того, существенно снижаются.;щ требования к ширине спектра сигнала, -генерируемого генератором гармоник, так как выбранная гармоника сравнивается .по фазе в фазовом детекторе не с сигналом задающего генератора, а с сигналом с делителя частоты, имею щим частоту, меньшую не менее чем в . 4 раза.

Цифровой фаэометр, содержащий на входе два формирователя, выходы которых через последовательно соединенные управляемый триггер и два элемента совпадения соединены со счетчиком импульсов, второй вход первого элемента совпадения через третий формирователь соединен с блоком фазовой автоподстройки частоты, состоящим из задающего генератора, фазового детектора, соединенного с фильтром нижних частот и блока поиска, выход которого соединен с выходом фильтра нижних частот и входом задающего генератора, второй вход второго элемента совпадения через последовательно соединенные триггер, блок автоматики и делитель частоты соединен с выходом задающего генератора, один из входов фазометра через последовательно .соединенные генератор гармоник и полосовой фильтр соединен с первым входом фазового детектора, и блок управления, о тл и ч а ю шийся, тем, что, с целью упрощения, выход блока управления соединен с входом блока поиска, а вход — с выходом блока автоматики, второй выход делителя частоты соединен с вторым входом фазового детектора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 301638, кл.G 01 R 25/02,17.11.69.

2. Авторское свидетельство СССР

i 9 352231, кл.G 01 R 25/02,11.03.71.

Составитель Н.Агеева

Редактор И.николайчук Техред С.Мигунова Корректор С.Шекмар

Заказ 8162/75 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

nq делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4