Цифровой фазометр

) (И) 3(5 Ь.й 0"ТЕНИ и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСНОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Омский политехнический инст тут (53) 621.317.772(088,8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР 9 486284, кл, 6 01 В 25/00, 1975.2. Авторское свидетельство СССР Р 387302,. кл, С 01 К 25/2, 1973. (54)(57) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР, содержащий первый умножитель частоты, последовательно соединенные входной блок, первый блок управления и первый счетчик, при этом вход входного блока через первый умножитель частоты соединен с первым блоком управления, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в него вв ы последовательно соединенные и элемент задержки, второй счетчик и регистр, а также последовательно соединенные второй умножитель частоты, второй блок управления, ВЯ-триггер и ключ, вход которого соединен с выходом первого блока управления, а выход - с входом второго элемента эа" держки, выход которого подключен к соответствующим входам первого счетчика и КЯ-триггера, причем выход входного блока соединен с входами второго блока управления, первого элемента задержки и регистра, выход которого соединен с управляющим входом второго умножителя частоты, информационный вход которого соединен с входом первого. умножителя частоты, кро- Ей ме того, вход второго счетчика соединен с выходом первого умножителя частоты, при этом первый счетчик выполнен реверсивным.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения мгновенных фазовых сдвигов электрических колебаний в диапазоне низких и инфранизких частот .5Известен цифровой фазометр, содержащИй формирователи импульсов, элект - ронный ключ, счетчик импульсов и умножитель частоты 1 .Недостатком фазометра является 10 наличие погрешности измерения сдвига фаз за счет нелинейности выходной характеристики умножителя частоты, вызванной погрешностью дискретности, присущей всем цифровым устройствам, 15 максимальное значение которой ограничено достижимым быстродействием современной элементной базы.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения Фазового сдви-. га между двумя переменными напряжениями, содержащее входной блок, блок управления с двумя входами, включенный между выходом умножителя частоты . и входом счетчика, выход входного бло ка подключен к второму входу управляющего блока, а первый вход объединен с входом умножителя частоты и является входом фазометра, другим входом которого является второй вход нходно- ЗО го блока 23Недостатком известного устройства является наличие погрешности измерения, пропорциональной нелинейности характеристики умножителя, используемого в фазометре.Цель изобретения - повышение точности измерения.Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фазометр, содержащий 40 первый умножитель частоты, последовательно соединенные входной блок, первый блок управления и первый счетчик, при этом вход, входного блока через первый умножитель частоты сое динен с первым блоком управления, введены последовательно соединенные первый элемент задержки, второй счетфчик и регистр, а также последователь" но соединенные второй умножитель 5 О частоты, второй блок управления, ЙЯ- триггер и ключ, вход которого соединен с выходом первого блока управления, а выход - с входом второго элемента задержки, выход которого подключен к соответствующим входам первого счетчика и ВЯ-триггера, причем выход входного блока соединен с входами второго блока управления, первого элемента задержки и регистра, выход которого соединен с управляющим ОО входом второго умножителя частоты, информационный вход которого соединен с входом первого умножителя частоты, кроме того, вход второго счет" чика соединен с выходом первого умно жителя частоты, при этом первый счетчик выполнен реверсивным.На фиг. 1 приведена структурнаясхема фазометра 1 на Фиг, 2 - временные диаграмм, поясняющие его работу.Фазометр содержит первый умножитель 1 частоты, первый управляющийблок 2, нторой счетчик 3 импульсов,входной блок 4, второй умножитель5 частоты, регистр б памяти, второйуправляющий блок 7, первый элемент8 задержки, НЯ-триггер 9, первыйсчетчик 10 импульсов, второй элемент11 задержки, ключ 12,Выход первого умножителя 1 частотыподключен к первому входу первогоуправляющего блока 2 и к входу второго счетчика 3 импульсов. Второй входпервого управляющего блока 2 присоединен к выходу входного блока 4, первый вход которого объединен с входомпервого умножителя 1 частоты и свходом второго умножителя 5 частотыВыход второго счетчика 3 импульсовподключен к информационному входу регистра б памяти, выход которого присоединен к управляющему входу второгоумножителя 5 частоты, выходом подключенного к первому входу второго управляющего блока 7, второй вход которого объединен с вторым входом первого управляющего блока 2, а также суправляющим входом регистра б памятии входом первого элемента 8 задержки,выход которого присоединен к входуустановки нуля второго счетчика 3 импульсов, Выход второго управляющегоблока 7 подключен к Я-входу триггера9, В-вход которого объединен с нычитающим входом первого счетчика 10импульсов и соединен с ныходом второго элемента 11 задержки, нход которого присоединен к выходу электронного ключа 12. Один из входов элект-.ронного ключа 12 подключен к выходутриггера 9, а другой объединен с сусуммирующим входом первого счетчика10 импульсов и подключен к выходупервого управляющего блока 2, Входывходного блока 4 являются входамиФазометра. Первый счетчик 10 импульсон,выполнен реверсивным.1Фазометр работает следующим образом.В исходном положении управляющийблок 2, второй управляющий блок 7 иэлектронный ключ 12 закрыты, Первыйсчетчик 10 импульсов, второй счетчик3 импульсов, а также ВЯ-триггер находятся в нулевом состоянии, В регистр 6 памяти записано число, равное нулю, Коэффициент умножения второго умножителя 5 частоты равен нулю,а коэффициент умножения первогоумножителя 1 частоты равен К,Исследуемые напряжения б 1 и 02(фиг, 2 а) поступают на входы фазометра. При этом на выходе входногоблока 4 появляются импульсы (фиг.2 б) с периодом следования Т и длительностьюЧ 360 о где Т - период колебаний исследуемыхнапряжений;Ч - измеряемый сдвиг фаз междувходными сигналами,Эти импульсы поступают на второйвход первого управляющего блока 2,который открывается и в течение интервала времени 7 обеспечивает прохождение на суммирующий вход первого счетчика 10 с выхода первого умножителя 1 частоты импульсов (фиг.2 г)с периодом следования Т(К, где Кф =К н + 11 К н = К я(1 + 1 ) - фактическийкоэффициент умножения первого умножителя 1 частоты; К - номинальное значение коэффициента умножения первого умножителя 1 частоты;- относительная нелинейность выходной характеристики первого умножителя 1 частоты; которая является функцией отчастоты входного сигнала,Пока первый управляющий блок 2открыт, на суммирующий вход первогосчетчика 10 поступает количество импульсово: " = - " - к(1 ,).Кь360За указанный период Т на вход второго счетчика 3 импульсов с выходапервого умножителя 1 частоты поступит И= К(1 + ) импульсов, Таккак емкосТь второго счетчика 3 выбрана равной Кя, то к концу периода Тследования импульсов во второй счетчик 3 запишется Б = К(1 + 1, )Кн = 1 Кк импульсов. По переднемуфронту импульса с выхода входногоблока 4 регистр 6 памяти запоминаеткод второго счетчика 3 импульсов,численное значение которого равноМз = 1 Кя, и подает этот код на Управляющий вход второго умножителя 5частоты. Кроме того, после задержкиво времени элементом 8 импульса (фиг.2 б и в) с выхода блока 4 по переднему фронту задержанного импульса(фиг. 2 в) установится в исходное состояние второй счетчик 3. Длительностьзадержки Ю элемента 8 должна бытьдостаточной (например, сотни наносекунд), чтобы обеспечить надежнуюзапись информации в регистр б памяти до того, как по переднему фронтуимпульса с выхода элемента 8 второйсчетчик 3 перейдет в исходное состояние,После этого коэффициент умножениявторого умножителя 5 частоты станетравным , К (1 + ), где 1 - нелинейность выходной характеристики второго умножителя 5 частоты. Частотасигнала на выходе второго умножителя 5 частоты установится вК(1+91)раз большей, чем на его входе, т,е,она будет равна Т К" +7,2)1 1 о Второй управляющий блок 7 также, как и первый управляющий блок 2, открыт в течение интервала времениза который с выхода второго умножите-. 15 ля 5 частоты на вычитающий вход первого счетчика 10 через цепочку, состоящую из триггера 9, электронногоключа 12 и второго элемента 11 задержки, поступит количество импульсов(фиг. 2 д) го О н( "2) 65 от значения относительной нелйнейЦепочка, состоящая из триггера 9,ключа 12 и элемента 11 задержки,предназначена для исключения моментов совпадений импульсов, поступаю-щих на суммирующий и вычитающий входы первого счетчика 10 импульсов,Работает цепочка следующим образом,Импульсом с выхода блока 7 триггер 9 устанавливается в единичноесостояние (фиг, 2 а), что обеспечивает открывание электронного ключа. Им пульс, поступающий на суммирующий фвход первого счетчика 10, через открытый электронный ключ 12 и элемент11 задержки подается на вычитающийвход счетчика 10(фиг, 2 ж), Импульсом 4 О с выхода элемента 11 задержки триггер 9 возвращается в исходное состояние и закрывает электронный ключ 12до прихода очередного импульса в второго управляющего блока 7, Длитель ность временной задержки элемента 11должна быть не менее А (фиг, 2 ж) длятого, чтобы обеспечить надежную работу счетчика 10, т.е. чтобы на суммирующий и вычитающий входы счетчика10 поступали импульсы в Разные моменты времени, Так как частота следствия импульсов с выхода второго управляющего блока 7 всегда меньше частоты сигнала с выхода первого управляющего блока 2, то потеря импульсов цепочкой, состоящей из триггера9, электронного ключа 12 и элемента11 задержки, происходить не будет,Таким образом, к началу следующегоинтервала временив счетчике 10 6 О импульсов окажется записанной разностьЫ = В 1 - ИФ = 360 Кн(1 - 1112),эразность прямо пропорциональна измеряемому сдвигу фаз У и зависит не1104439 ности выходной характеристики первого умножителя 1 частоты , а от произведения относительных нелинейностей выходных характеристик первого умножителя 1 частоты и второго умно- жителя 5 частоты1 , Причем1(1) , так как всегда справедливо условие,1, 11.1,Составитель С,МорозовРеда Подписномитета СССРткрытийская наб д, 4/5 Тираж 71енного ктений и-35, Рау иал ППППатентф, г, Ужгород, ул, Проектная аказ 5205/32 ВНИИПИ Государс по делам иэоб 113035, Москва, Следовательно, включение в схемувторого умножителя частоты позволяет уменьшить погрешность от нелинейности выходной характеристики умножителя частоты и эа счет этого 5 повысить точность измерения сдвига Фаз на низких и инфранизких частотах,