Цифровой фазометр

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении мгновенного значенияугла сдвига Фаз двух электрических сигналов.Целью изобретения является повышение точности измерений,На фиг. представлена блок-схемафазометра; на фиг,2 - временные диаграммы работы устройства,фазометр содержит усилители-формирователи 1 и 2, результирующийсчетчик 3 импульсов, вспомогательныйсчетчик 4 импульсов, делитель 5 час"тоты, управляемый делитель 6 частоты, электронные ключи 7 и 8, генератор 9 импульсов, элемент ИЛИ 10 иФормирователь 11.Выходы усилителей-Формирователей1 и 2 через последовательно соединен"ные ключ 8, элемент ИЛИ 10 и управляемый делитель б соединены с входомсчетчика 3 импульсов. Выход генератора 9 импульсов соединен с входомключа 8 и через последовательно соединенные ключ 7, делитель 5 частоты,счетчик 4 и Формирователь 11 с вторым входом элемента ИЛИ 10, а выходсчетчика 4 соединен с управляющимвходом делителя 6. при этом второйвход ключа 7 соединен с выходом уси"лителя-формирователя 1,Фазометр работает следующим образом.Усилители-формирователи 1 и 2предназначены для выделения временных интервалов, соответствующих моментам перехода исследуемого Уц иопорного 0 О сигналов через нулевыезначения. Результирующий счетчик 3импульсов служит для формированиярезультатаизмерения угла сдвигафаз в цифровой форме. Вспомогательный счетчик 4 импульсов используется для задания в соответствии с измеренным периодом исследуемого сигнала величины коэффициента деленияКуд управляемого делителя 6. Делитель 5 частоты предназначен для Формирования последовательности импульсов, частота которых Г в К разменьше частоты Гг генератора 9 импульсов, Управляемый делитель 6 частоты обеспечивает Формирование последовательности импульсов, частотакоторых йв Краз меньше частотыйг генератора 9 импульсов. Электронные ключи 7 и 8 управляют подачей 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 счетных импульсов соответственно на вход вспомогательного счетчика 4 импульсов и на вход управляемого делителя 6 частоты. С помощью элемента ИЛИ 10 на вход счетчика управляемого делителя 6 цастоты могут поступать импульсы как с выхода электронного ключа 8, так и с выхода Формирователя 11. Последний предназначен для Формирования импульса при поступлении на его вход единичного сигнала с выхода младшего разряда счетчика 4.Делитель 6, управляемый двоичным кодом, содержит счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с входной шиной, блок сравнения кодов, первая группа входов которого соединена с разрядными выходами счетчика импульсов, вторая - с шиной кода управления, а выход - с входом сброса счетчика импульсов и с выходной шиной.В исходном состоянии перед проведением измерения ключи 7 и 8 закрыты, счетчики 3 и 4 и счетчик управляемого делителя 6 частоты установлены в нулевое состояние, счетчик делителя частоты 5 установлен в состояние, соответствующее числу 1/2 К . (цепи установки в исходное состояние не показаны).Рассмотрим работу Фазометра для случая, когда Б (Фиг.2 б) отстает от Бц (фиг.2 а) на угол Ч.Измерение угла сдвига фаз выполняется в два такта. В первом такте происходит измерение периода Т исследуемого сигнала путем заполнения сетчика 4 импульсами с выхода делителя 5 частоты, имеющего постоянный коэффициент деления К . При этом усилитель-формирователь 1 вырабатывает положительный прямоугольный импульс (фиг.2 е), длительность которого соответствует длительности положительной полуволны исследуемого сигнала, Этим импульсом открывается ключ 7, и имс ЕГпульсы с частотой Г = начинают посг ктупать на счетный вход счетчика 4. С выхода младшего разряда счетчика 41импульсы с частотой - Гпоступают на вход Формирователя 11. Выходные импульсы Формирователя 11 через эле" мент ИЛИ 10 подсчитываются в счет" чике управляемого делителя 6 частоты. За полупериод исследуемого сигна 5 15ла в счетчике ч записывается числоИ , равноеи =- - ,с. т=к т1 Г2 Ка в счетчике управляемого делителя1частоты - число - Ит. Код числа М,. с разрядных выходов счетчика 1 поступает на входы управления коэффициентом деления управляемого делителя 6 частоты, В результате этого в первом такте происходит подготовка управляемого делителя 6 частоты к измерению угла сдвига фаз.Во втором такте прямоугольные импульсы с выходов усилителей-формирователей 1 и 2 (Фиг,2 с, й) поступают на управляющие входы электронного ключа 8 и открывают этот ключ на время Г, соответствующее Фазовому сдвигу между исследуемым Б и опорным И сигналами. При этом на выходе управляемого делителя 6 частоты формируются импульсы, частота которых прямо. пропорциональна частоте входных импульсов Г и обратно пропорциональна коэффициенту деления управляемого делителя 6 частоты КА . =КТ, В результате этого за времяв результирующем счетчике 3 импульсов записывается число И, равноел Г л г 2 КФ лИ, = ь =- ---=К -=КЧККТ 1 Т Т Количество импульсов И, прямо пропорционально углу сдвига фаз.Включение второго электронного ключа между выходом генератора 9 импульсов и счетным входом делителя 5 частоты позволяет уменьшить погрешность измерения полупериода исследуемого сигнала за счет синхронизации фронта сигнала формирователя и сигналов генератора 9 импульсов.целью уменьшения ошибки от несовпадения спада сигнала формирователя 1 и импульса с делителя 5 частоты, которая составляет -1 период сигнала с делителя 5, в счетчик делителя 5 частоты перед началом измерения фазового сдвига записывает 1ся число - К . В этом случае максимальная абсолютная ошибка измерения, составляющая -1 период сигнала с делителя 5, смещается на половину59310 10 л 1 1а =+-итГ 40 45 50 55 20 25 30 35 периода в положительную сторону, приэтом погрешность измерения периода Введение в устройство формирователя 11 и элемента ИЛИ 10 позволяет аналогично выполнять смещение погрешности измерения С в положительную сторону путем. дозаписи от деления числа 1/2 И в управляемый делитель 6, при этом максимальная абсолютная ошибка измерения интервала С равна Смещение погрешностей Л Т и дприводит к их симметричному расположению относительно нуля, что позволяет уменьшить погрешности измерения периода фазового сдвига до + 1/2дискретности,Таким образом, в предлагаемомФазометре достигается увеличениеточности измерений за счет смещенияпогрешностей измерения периода входного сигнала и фазового сдвига, атакже за счет исключения несовпадения фронта сигнала формирователя 1и импульсов генератора 9.Технико-экономический эффект приприменении предлагаемого устройствав цифровых измерительных системахзаключается в возможности увеличения точности измерений мгновенногозначения угла сдвига Фаз двух электрических сигналов,формула и зобретенияЦифровой фазометр, содержащий делитель частоты, первый усилитель- формирователь, вход которого подключен к шине опорного сигнала, а выход - к первому входу первого электронного ключа, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, второй усилитель-Формирова" тель, вход которого соединен с шиной исследуемого сигнала, а выход .- с третьим входом первого электронного ключа и первым входом второго электронного ключа, вспомогательный счетчик импульсов, разрядные выходы коТорого подключены к входам управления коэффициентом деления управляемого делителя частоты, выход которого соединен со счетным входом результирующего счетчика импульсов,