Цифровой фазометр для измерениясреднего значения сдвига фаз

Союз Советсиик Социалистических Республик(22) Заявлено 050329 (21) 2734215/18-21 с присоединением заявки йо Государственный комнтет СССР по дедам нзобретеннй н открытнй(54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ СДВИГА ФАЗ Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к фазовым измерениям, н может быть использовано для измерения среднего значения сдвига фаэ междву двуя периодическими сигналами.Известен цифровой фазометр для измерения серднего значения сдвига фаз (цифровой фазометр с постоянным временем измерения), содержащий формирующие устройства, триггеры, логические элементы И, генератор квантующих импульсов, счетчик импульсов и делитель частоты 11 .Недостатком таких фаэометров явля ется недостаточная точность, обусловленная двумя методическими погрешностями: высокочастотной и низкочастотной погрешностямидискретного преобразования. 20Известен также цифровой фазометр для измерения среднего знаятения сдвига фаэ, работающий на принципе совпадения регулярных импульсных последовательностей, содержащий 25 ключи, формирователь импульсов,триггер, коммутатор, логическую схему И, линии задержки, схему запрета, генератор, счетчик периодов н счетчик квантующих импульсов 21 . 30 Недостатком известного фаэометраявляется малое быстродействие, обус"ловленное необходимостью ожиданияпервого совпадения импульса генератора с импульсом формирователя.Цель изобретения - увеличениебыстродействия фазометра,Поставленная цель достигается тем,что в цифровой фазометр для измерения среднего значения сдвига фаэ, содержащий входные ключи, управляющиевходы которых соединены с выходамипервого триггера, формирователь импульсов, выход которого соединен спервым входом схемы совпадения, второй вход которой соединен с генератором квантующих импульсов и первыми входами первого и второго ключей,выходы которых соединены со счетчиками квантующих импульсов, а выходсхемы совпадения соединен со входамипервого триггера и электронного коммутатора, выходы которого соединенысо вторыми входами первого и второгоключей, выход третьего ключа соединенсо счетчиком периодов, введены ключннвертор, три ключа, элемент ИЛИ ипва триггера, входы которых соединены с выходами пятого и шестогоключей, первые входы которых соеди 815675рены с выходом схемы совпадения, вторые входы соединены соответственно с первым входом элемента ИЛИ и с выходом первого входного ключа и вторыМи входами четвертого ключа и ключаинвертора, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами четвертого и второго входного ключей, а выход соединен со входом формирователя импульсов, первые входы четвертого ключа и ключа-инвертора соединены соответственно с выходами второго и третьего триггеров, причем выход формирователя импульсов соединен с первым входом третьего ключа, второй 15 вход которого соединен с первым входом второго ключа.На чертеже показан фазометр для измерения среднего значения сдвига Фаз. 20Фазометр содержит входные ключи 1 и 2, триггеры 3, 4 и. 5, ключ-инвертор- б, ключи 7-12, элемент ИЛИ 13, формирователь 14 импульсов, схему 15 совпадения, электронный коммутатор 2 16, генератор 17 квантующих импульсов, счетчик 18 периодов, счетчики 19 и 20 квантующих импульсов.Фазометр работает следующим образом. Входные синусоидальные напряжения периода Т, сдвиг фаэ между которыми необходимо измерить, подают на первые входы входных ключей 1 и 2. Триг-З гер 3 находится в первом устойчивом состоянии и удерживает входной ключ 1 открытым, а входной ключ 2 - закрытым. Напряжение, подлкючекное к открытому входному ключу 1 является опорным напряжением, а входное напря жение, подключенное к входному ключу 2 - измеряемым напряжением. Опорное напряжение через входной ключ 1, а далее через нормально открытый ключ 7 и элемент ИЛИ 13 и через 45 нормально .открытый ключ-инвертор б и элемент ИЛИ 13 поступает на формирователь 14 импульсЬв, который в моменты перехода напряжения через нуль в положительном направлении 50 формирует прямоугольные импульсы длительностью С, Таким образом, частота Г следования импульсов опорного напряжения на выходе Формирователя 14 импульсов равна удвоенной частоте входного напряженияГ = 2 -1(1)г ТЭти импульсы с выхода формирователя 14 импульсов поступают на первые входы схемы 15 совпадения и ключа 10. 60 С выхода генератора 17 квантующих импульсов на второй вход схемы 15 и на первые входы ключей 11 и 12 поступают квантующие импульсы длительностью Ъ и с периодом следования То. 65 При совпадении во времени выходного импульса Формирователя 14 с квантующим импульсом срабатывает схема 15 и импульс без выхода поступает на входы триггера 3 и электронногокоммутатора 16 и на первые входы ключей 8 и 9. Триггер 3 перебрасывается во второе устойчивое состояние, закрывая входной ключ 1 и открывая входной ключ 2, через который измеряемое напряжение начинает поступать на вход элемента ИЛИ 13 и далее на Формирователь 14 импульсов, Одновременно с этим срабатывает электронный коммутатор 16 и на его обоих вых 6- дах появляется единичный уровень напряжения, который открывает ключи 10, 11 и 12. Через открытый ключ 1 С с выхода формирователя 14 импульсовна вход счетчика 18 периодов начинают поступать импульсы измеряемого напряжения, через открытые ключи 11 и 12 на входы соответственно счетчиков 19 и 20 начинают поступать квантующие импульсы с выхода генератора 17. При поступлении импульса с выхода схемы 15 на первые входы ключей 8 и 9 возможны два случая их срабатывания в зависимости от того, совпал вовремени квантующий импульс с инвертированным или неинвертированным импульсом опорного напряжения, Если имеет место первый случай, то срабатывание схемы 15 вызвано совпадениемво времени импульса, сформированного из опорного напряжения, поступающегочерез ключ-инвертор б и элемент ИЛИ 13, с квантующим импульсом, Тогда на втором входе ключа 9 в течение полу- периода опорного напряжения присутствует опорное напряжение и импульс с выхода схемы проходит через ключ 9, перебрасывая триггер 5. Тем самым на время измерения закрывается ключ 7.При совпадении во времени выходного импульса формирователя 14, сформированного и измеряемого напряжения, с квантующим импульсом срабатываетсхема 15. Импульс с его выхода, поступая на вход триггера 3, возвращает его в исходное состояние. Входной ключ 2 закрывается, а входной ключ 1 открывается и опорное напряжение через открытый ключ-инвертор б, элемент ИЛИ 13 и Формирователь 14 импульсов начинает поступать на первые входы схемы 15 и ключа 10, Тот же импульс с выхода схемы 15, поступая на вход электронного коммутатора 16, снимает единичный уровень напряжения с его первого выхода, закрывая ключ 12. Тем самым в счетчике 20 квантующих импульсов формируется код п,При совпадении во времени выходного импульса формирователя 14 импульсов, сформированного из опорного напряжения, с квантующим импульсом, снова срабатывает схема 15. Импульсс его выхода, поступая на электронный коммутатор 16 снимает единичный ,уровень напряжения с его второго вы-, хода, закрывая ключи 10 и 11. Тем самым в счетчике 18 периодов формируется кЬд А, а в счетчике 19 квантующих импульсов формируется код в,Коды А, щ, п и значение То поступают в ЭЦВМ для вычисления искомого сдвига фаз. В случае совпадения им пульса, сформированного из опорного напряжения, поступившего через ключ 7 и элемент ИЛИ 13, с квантующим импульсом, импульс с выхода схемы 15 проходит через ключ 8 и перебрасывает триггер 4, так какна втором входе ключа 8 в течение полупериода опорного напряжения присутствует вход ное напряжение. Тем саьым на время измерения закрывается ключ-инвертор 6, После второго срабатывания элемента И 15, опорное напряжение поступает на вход формирователя 14 им- Щ пульсов через ключ 7.В ЭЦВМ сдвиг фаз определяется иэ выражениягХ (2)Х 2 где ц - временной интервал, соответствующий сдвигу фаз (фазовый интервал)..Быстродействие в предлагаемом фазометре повышается за счет сокращения в два раза времени ожидания начала измерения (времени между моментом .подключения опорного напряжения ко входу фазометра и началом измерения, то есть первым совпадением опорного квантующего импульса). А сокращение этого времени вдвое достигается увеличением до начала измерения частоты опорного напряжения в два раза. Временной интервал с между последовательными совпадениями импульсов длительностью следующих с периодами Т и ТО, определяется выражениемт Уд Е (3)2 4Как видно из выражения (3), увеличение вдвое частоты 1 импульсов (уМеньшение вдвое периода Т), поступающих на вход элемента И 15, приводит к сокращению вдвое временного интервала Т, равного максимальному времени ожидания начала измерения. Время ожидания начала измерения сокращается вдвое для любых фазовых сдви"гов между входными напряжениями,формула изобретенияЦифровой фазометр для измерениясреднего. значения сдвига фаз, содержащий входные ключи, управляющиевходы которых соединены с выходамипервого триггера, формирователь импульсов, выход которого соединен спервым входом схемы совпадения, второй вход которой соединен с генератором квантующих импульсов и первымивходами первого и второго ключей, выходы которых соединены со счетчикамиквантующих импульсов,. а выход схемысовпадения соединен со входами первого триггера и электронного коммутатора, выходы которого соединены со вторыми входами первого и второго ключей, выход третьего ключа соединен,со счетчиком периодов, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью увеличения быстродействия, в него введеныключ-инвертор, три ключа, элементИЛИ и два триггера, входы которыхсоединены с выходами пятого и шестого ключей, первые входы которых соединены с выходом схемы совпадении,вторые входы соединены соответственно с первым входом элемента ИЛИ ис выходом первого входного ключа ивторыми входами четвертого ключа иключ-инвертора, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ,второй и третий входы которого соединены соответственно с выходамичетвертого и второго входного ключей,а выход соединен со входом формирователя импульсов, первые входы четвертого ключа и ключ-инвертора соединены соответственно с выходами второгои третьего триггеров, причем выходформирователя импульсов соединен спервым входом третьего ключа второйвход которого соединен с первым входом второго ключа.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 231665, кл. 6 01 й 25/08, 19.07.67.2, Авторское свидетельство СССРУ 381038, кл. 6 01 й 25/08, 26.02,71815675 Составитель Н. Медведеваор Н. Рогулич Текред М. Коштура Корректо тен аказ 1030/76 ТиражеВНИИПИ ГосУдапо делам и тк113035, Москва,н 4/5 ф г убого л 732рствзобрЖенного коми етений и оРаушская Подписноета СССРрытийабо, д.