Цифровой фазометр для измерения фазовых сдвигов между переменными напряжениями

290232 ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик.1969 (Юв 134490918-10) 1 ПК 6 01 г 25 0 Заявлено 04.Ч с присоединением заявк 1 Комитет по делам изобретений и открыти при Совете Министров СССР.Х 1.1970, Бюллетень Ъо 2 за 197ния описания 29,1 Ч.1971 ата опуолико Авторизобретен М Маевски евскии Ордена Ленина политехничес институт витель ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВЫХ СДВИГОВ МЕЖДУ ПЕРЕМЕННЫМИ НАПРЯЖЕНИЯМИы ко входам каз входов смесиИзобретение относится к области фазоизмерительной техники,Известны фазометры, в которых расширение полосы рабочих частот достигается применением двухканального преобразователя частоты, осуществляющего перенос измеряемого фазового сдвига на фиксированную, обычно низкую частоту.Известна также возможность использовани 51 принципов ОднополоснОР модуляции для формирования гетеродинных напряжений. смещенных по частоте относительно входных напряжений на постоянную величину. Это позволяет исключить необходимость перестройки частоты гетеродина и, таким образом, автоматизировать процесс преобразования частот.Однако отсутствие широкополосных высокоточных фазовращателей не позволяет использовать принципы однополосной модуляции в преобразователях частоты фазометров, предназначенных для изберения фазовых сдвигов в широком диапазоне частот.Целью изобретения является измерение с высокой точностью углов сдвига фаз двух спнусоидальных напряжений в широком диапазоне частот.На чертеже показана структурная схема т 1 редл агаемого фазометра.Смесители 1 и 2 подключенналов фазометра. К одному и теля 2 подключен также преооразователь 3частота - напряжение, и входу которогоподключен управляемый импульсный генератор 4. Выход генератора подключен к спмме 5 тричному триггеру 5, который. в свою очередь,подкл 1 очен к триггеру 6 и ко входам триггера7 через схемы совпадений 8, 9. К управляющему входу генератора 3 подключен такжефазовый детектор 10, входы которого подкл 1 Очены соответственно ко входу одного пз каналов фазометра и выходу триггера 7,Входы триггеров б и 7 подключены к входам Однополосных модуляторов 11, 12, вторысвходы которых подключены к выходам симметричных триггеров 13 - 16 (логические схемыфиксаторы О, 90, 180 и 270 текущих фаз напряжений). Последние связаны с дискретнымифазовращателями - пересчетными схемами17, 18, к входам которых подключен через схе-О му совпадения 19 импульсный генератор 20.Выходы смесителей подключены черезфильтры 21, 22 к формирователям 23, 24 коротких импульсов по моментам переходов сипусоидальных напряжений через нулевые значения.Вход одной пз пересчетных схем 17 черезсхему совпадений 26 связан с выходом формирователя 23, Выходы триггеров этой пересчетной схемы подключены и цифровому отсчетноЗО му устройств 26, 2902325 10 15 20 э 30 Зэ 40 45 50 55 60 65 Выходы формирователей 23, 24 короткихимпульсов подсоединены к схеме совпадений27, связанной с симметричным триггером 28.Последний подключен к схемам совпадений 2 зи 29. Триггер 30 и одновибратор 31 подключены к выходу схемы совпадения 29, выход триг.гера 30 - к схеме совпадения 19, выход одновибратора к триггерам 28 и 30.Узлами фазомегра являются двухканальный преобразователь частоты (элементы: 1, 221 и 22), индикатор нулевого фазового сдви 1 аэлементы: 23, 24, 27) и схема управления дцскретными фазовращателями (элементы: 19,20, 25, 28, 29, 30 и 31),СинусоРдальные напряжения С/ и У, фазовый сдвиг которых подлежит изменению, поданы на входы смесителей 1, 2 двухканального преобразователя частоты,Напряжение 1 з. подано также на вход преобразователя 3 частоты в пропорциональноепостоянное напряжение. В качестве такого преооразователя частота - напряженР 1 е можетгоыть использован, например, преобразовательконденсаторного частотомера. Выходное папряпряжение преобразователя 3 используется дляперестройки управляемого импульсного генератора 4, Характеристики преобразователя 3и управляемого генератора 4 подобраны такнмобразом, чтобы частота выходного напряжения генератора соответствовала изиблизтельно учетверенной частоте входного преобраователя.Выходное импульсное напряжение генератора 4 подается ца входы симметричного триггера 5. Короткие импульсы положительноотрицательной полярности, полученные в результате дифференцирования выходного на.пряжения триггера 5, используются для запуска соответственно триггеров 6 и 7. При этомимпульсы отрицательной полярности подаютсяна входы триггера 7 через схемы совпадения 8и 9, вторыс входы которых подключены соответственно Рк выходам триггера 6.В рсзультате на выходах триггеров 6 и 7имеют место четыре напряжения прямоугольной формы частоты, близкой к частоте входного напряжения фазометра, причем, если цачальную фазу одного из этих напряжений принять за нулевую, то фазы других со:тавят соответственно 90, 80, 270. Точное равенствочастоты этих напряжений частоте входных напряжений фазометра достигается применениемфазовой автоматической подстройки частотыуправляемого генератора. Для этого на управляющий вход генератора подается выходноенапряжение фазового детектора 10, ца входыкоторого подключены соответственно входноенапряжение фазометра и выходное напряжение триггеров 7 и б.Выходные папряженРя триггеров 6 ц 7 подаются на входы однополосных модуляторов11, 12 фазокомпенсационного типа.Ко вторым входам модуляторов подключены выходы симметричцых триггеров 13 - 16.Входы триггеров 13, 14 и 15, 16 полк.кРец.соответственно к дискретным фазовращателям 17 и 18 Если коэффициент пересчета пересчетных схем 17 и 18, используемых в качестве дискретных фазовращателе 11, составляет 3600, что соответствует дискретности фазозращателей в О то запуск триггеров 13, 15 и 14, 16 формируется соответственно в моменты поступления на входы пересчетных схем 3600, 800 и 900 и 2700 импульсов генератора 20. Выделение импульсов триггеров 13 - 16 осуществляется с помощью сОгическцх схем (схем совпадения), которые и целя." упрощения 1 а чертеже не показаны. Таким ооразом, запуск триггеров 13, 14 и 15, 16 осуществляется в моменты времени, соответствующие значениям текущих фаз выходных напряжен;й фазовращатслей О, 90, 80, 270. На выходах одцополосных модуляторов 11 и 12 формирхОТС 5 напряжения прямоугольной формы, частота которых ОТЛР Ч 2 ЕТСЯ ОТ 1 2 СТО ТЫ ВХОДЦ ЫХ и 211 Р и жсч 1 п й фазометра ца постоянную величину, равцуО зцачеп 11 ю частоты выходцьх цапр 51 жецпй дискретных фазовращателей.В этом случае разцостная частота, получаемая на выходах смесителей в результатс биений частоты входных напряжений и выходных напряжений однополосцых модуляторов равна частоте выходных напряжений дпскртцых ф азовр ащателей 17, 18.Напряжеция разцостцой частоты выделяются прц помощи изоирательцых фильтров 21, 22. сзормРрователц 23, 24 осуществляют формирование коротких импульсов в моменты этих напряжений через пулевые значения. К О р От к и с и:11 П мг ь с 1 с выходов ф О э 1 п э О в а телей 23 и 24 подаотея ца входы схем совпадений 2 з и 27. Схема совпадения 25 открыта постоянным напряжением, сииаемьРм с Одной из половин симметричного триггера 28. Прц этом короткие импульсы формирователя 23 поступа 1 от на вход одного из дискретных фазовращателей 17 и производят изменение фазы выходного напряжения этого фазовращатсля по Отношению к выходном напряжениО дрмгого фазовращателя,Это изменение производится до тех пор, гока це будет скомпепсировац измеряемый фазовый сдвиг, т. е. до совпадения коротких импульсов выходцых напряжений формирователей 23, 24. Прп этом выходньгм импульсом схемы совпадения 27 опрокидывается триггер 28, запирается схема совпадения 25 и подготавл 1- вается схема совпадения 29. В момент заполнения дискретного фазовращателя 18 коротким импульсом, полученным на выходе схемы совпадения 29, опрокидывается триггер 30 и запускается одвовибратор 31. Триггер 30 запирает схему совпадения 19 и прекращает подачу импульсов генератора 20 па входы дискретных фазовращателей.Прп этом значение кода, зафиксированное положениями триггеров фазовращателя 17, соответствует измеряемому фазовому сдвигу с дискретностью, определяемой коэффициентом перес 1 ета схем фазовращателей,Т 7290232 ресчета 3600 соответствует дискретности по фазе в 0,1Визуальный отсчет измеряемого фазового сдвига осуществляется с помощью цифрового отсчетного устройства 2 б.Одновибратор 31 предназначен для выдержки времени индикации.При возвращении одновибратора в исходное положение задним фронтом его напряжения производится установка в исходное положение триггеров 28 и 30, что соответствует началу нового цикла измерения. Преимуществами предложенного цифрового фазометра являются высокая степень автоматизации измерительного процесса, высокая точность измерения мгновенного (на момент компенсации) значения измеряемого фазового сдвига.Широкое применение в предложенном фазометре унифицированных элементов дискретной техники позволяет использовать достижения микроэлектроники и выполнить, таким ооразом, разработку широкополосного фазометра в микромодульном исполнении. Предмет изобретенияЦифровой фазометр для измерения фазовых сдвигов между переменнымп напряжениями, содержащий двухканальный преобразователь частоты, индикатор нулевого фазового сдвига, дискретные фазовращатели и схе му их управления, отличающийся тем, что, сцелью повышения точности и расширения частотного диапазона, фазометр снабжен устройством смещения частоты входных напряжений, выполненным из преобразователя часто та - напряжение, управляемого генератора,фазового детектора, симметричных триггеров, схем совпадений и двух однополосных модуляторов, выходы которых подключены к смесителям двухканального преобразователя ча стоты, а входы с одной стороны через симметричные триггеры и логические схемы - фиксаторы О, 90, 180 и 2(0 текущих фаз напряжений подсоединены к дискретным фазовращат елям, с другой стороны - к выходам двух 20 симметричнь х триггеров, входы одцого из которых через схемы совпадений, а второго непосредственно подключены через третий триггер к управляемому генератору, к кото рому подсоединены выходы преобразователя 2 о-о частота - напряжение и фазового детектора, подключен:1 ых, в свою очередь, ко входу одного из каналов фазометра, при этом второй вход фазового детектора связан со входом одного цз олцополосных модуляторов,Составитель , Н. КчервивоРедактор С. И, ХеифицТехрел Л. Я,. ЛевинаКорректор О. М, КовачеваЗаказ 39287. Изл, Хе 94.Тираж 473. ПолписиосЦНИИПИ Коапптета по дедам изоорстенийи открытий при Совете Министров СССРМосква, Ж, Раушскаи нао., д. 4,5Тип. ,арьк. Фип. пред, Патент