Цифровой фазометр

(5) 5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМИ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ одержит фо ны 2 и 3, выхрователя, элеки 8 и 9, суммлиброванногоклемму 12 счесигнала сбротель 1 содержтели 14 и 15и 18 и элеменретения достиувеличения коформации за1 з,п, ф-лы,обия ь 3(56) Авторское свидетельство СССРР 748274, кл. С 01 К 25/00, 1977,Авторское свидетельство СССРУ 1112309, кл. С 01 К 25/00, 1983(57) Изобретение может быть исползовано в измерительной технике. Цизобретения - повышение точностимерения фазовых сдвигов, Фазометр ирователь 1,входные шиодные шины 4 и 5 формименты И 6 и 7, счетчиатор 10, клемму 11 кавременного интервала, тных импульсов, шину 13 а, при этом формироваит усилители-ограничифазовые детекторы 16 ты И-НЕ 17 и 19. Цель из гается путем усреднен личества усредняемой то же время ширения.4 ил; использовано для измерения сдвигафаз между двумя напряжениями синусои 5дальной формы,Цель изобретения - повышение точности измерения Фазовых сдвигов.На Фиг. приведена структурнаясхема цифрового Фазометра; на фиг,24 - диаграммы напряжений, поясняющиеработу цифрового Фазометра.Цифровой Фазометр состоит из Формирователя 1, имеющего первую 2 ивторую 3 входные шины и первую 4 ивторую 5 выходные шины, которыесоответственно через элементы И би 7 и счетчики 8 и 9 подключены квходам сумматора 10, при этом вторыевходы элементов И 6 и 7 объединены 2 Ои подключены к клемме 11 калиброванного временного интервала, а третьивходы соединены с клеммой 12 счетных импульсов, шина 13 .сигнала сброса подключена к входам установки 25счетчиков 8 и 9, а Формирователь 1состоит из усилителей-ограничителей14 и 15, входы которых подключенысоответственно к шинам 2 и З,основные выходы усилителей-ограничителей34 и 15 подключены к входам Фазового детектора 6 с запоминанием знака,срабатывающего по Фронту, выходы которого через элемент И-НЕ 17 подключены к шине 4, а инверсные выходыусилителей-ограничителей 14 и 15 под-.ключены к входам фазового детектора18 с запоминанием знака, срабатывающего по Фронту, выходы которого через элемент И-НЕ 19 подключены к 4 Ошине 5.Цифровой Фазометр работает следующим образом,Перед началом измерения записанная в счетчиках 8 и 9 информациястирается посредством подачи на ихустановочные входы через шину 13 импульса сброса. Синусоидальные напряжения (Фиг.2,3,4 а,б) через входныешины 2 и 3 поступают на входы усили 50телей-ограничителей 14 и 15 формирователя 1, На усилители-ограничители 14 и 15 поступают синусоидальные напряжения, при переходе значений напряжений входных сигналов че 55рез нуль в положительном направленииФормируются положительные импульсы,соответствующие по длительности положительным полуволнам гармонических сигналов (фиг,2,3,4 в,г), Формируемых на их основных выходах При этомна инверсных выходах усилитеЛей-ограничителей 14 и 15 Формируются положительные импульсы (фиг.2,3,4 д,е)соответствующие по длительности отрицательным полуволнам гармоническихсигналов (фиг.2,3,4 а,б),При поступлении на входы Фазового детектора 16 импульсов (Фиг.2,3,4 в,г) на его первом и втором выходах формируются напряжения (фиг,2,3,4 ж,з), которые поступают на входыэлемента И-НЕ 17, на выходе которого(фиг.2,3,4 л) формируются импульсыположительной полярности, по длительности пропорциональные измеряемымсдвигам фаз (фиг.2 др = 45 ,фиг. 3= 315 ). Как видно из диаграмм,диапазон формируемых импульсов(фиг,2,3,4 л) соответствует диапазону изменения сдвига джаз от О до360. Импульсы,Формируемые на выходеэлемента И-НЕ 17, соответствуют подлительности сдвигам Фаз между исследуемыми сигналами при переходеих через нуль в отрицательном направлении.При поступлении на входы Фазового детектора 18 импульсов (фиг.2,3,4 де) на его первом и втором выходах Формируются напряжения (Фиг.2,3,и,к), которые поступают на входыэлемента И-НЕ 19, на выходе которого(фиг.2,3,4,м) Формируются импульсыположительной полярности, по длительности пропорциональные измеряемымсдвигам Фаз при переходе синусоидальных напряжений через нуль в положительном направлении. При этом диапазон формируемых импульсов (Ьиг.2,3,4 м) соответствует диапазону изменения сдвига фаз от О до 360вТаким образом формировательявляется двухполупериодным преобразователем сдвига Фаз между синусоидальными сигналами в длительность импульсов, которые Формируются на первомвыходе Формирователя 1 (шина 4) припереходе гармонических сигналов через нуль в отрицательном направлениии на втором выходе Формирователя(шина 5) при переходе гармоническихсигналов через нуль в положительномнаправлении при изменении сдвигаФаз между исследуемыми сигналами вдиапазоне от О до ЗбО . Если гармоонический сигнал, поступающий на шину50 55 2, отстает по Ьазе сг сигнала, постулающего на шину 3, то импульсы,соответствующие изменению сдвига Фаз,формируются на вторых выходах фазовыхдетекторов 16 и 18 (фиг.2,3,4 .з,к),а не на первых (фиг.2,3,4 ж,и). Приэтом длительность импульсов пропорциональна изменениям сдвига фаз,Импульсы с выходов Формирователя 1 (шины 4 и 5) поступают на первые входыэлементов И 6 и 7, на вторые входыкоторых подается импульс калиброванного временного интервала, а на третий - счетные импульсы. Таким образом, за время измерения, равное длительности импульса калиброванногоинтервала времени, на входы счетчиков 8 и 9 поступают пачки счетныхимпульсов (Фиг.2,3,4 н,о). На счетчик8 поступают пачки счетных импульсовза временной интервал сдвига Фаз,сформированный при переходе синусоидальных сигналов через нуль в отрицательном направлении, на счетчик 9, -в положительном направлении. Информация, формируемая на выходах счетчиков 8 и 9, суммируется сумматором 1 О(фиг.2,3,4 п) и не зависит от уходовнулевых линий усилителей-ограничителей 14 и 15 формирователя 1, Частота следования счетных импульсов какпри измерении сдвигов фаз от О до180 , так и при измерении от 180 доЗбО одинакова и может быть выбранамаксимально высокой, При использовании при реализации схемы предлагаемого цифрового Фазометра логическихмикросхем одной серии (требования серийного производства) для функционирования счетчиков 8 и 9 необходимоиспользовать импульсы счета длительностью не менее трех задержек логических элементов микросхем, Поэтомуимпульсы переходов, формируемые навыходах формирователя 1 (фиг.2,3 з,к),длительность которых меньше илиравна одной задержке логических элементов микросхем, на Функционирование счетчиков 8 и 9 не влияют и, следовательно, не влияют на точностьизмерения Фазовых сдвигов,На фиг.4 приведены диаграммы напряжений, поясняющие работу предлагаемого цифрового Ьазометра при флюктуациях Фазы входного синусоидальногосигнала, поступающего на второй входфазометра (шина 3), т.е. при работепри малых отношениях сигнал/шум,5 10 15 20 25 30 35 40 45 например, на измерительном (шина 3) входе цифрового фазометра, Очевидно, что его работа при флюктуациях фазы ничем не отличается от ранее рассмотренной. Отличие диаграммы напряжений Фиг,4 от диаграмм напряжений фиг,2,3 заключается лишь в том,что появляются в течение времени измерения импульсы, соответствующие сдвигам фаз и на вторых выходах фазовых детекторов 16 и 18 (фиг.4 з,к). Иэ диаграмм напряжений фиг.4 следует, что за время измерения (Т) на выходе сумматора 10 формируется цифровое число, пропорциональное суммарной длительности импульсов, формируемых на выходах формирователя 1 (фиг.2 л,м) и равное, например, величине А. Если бы сигнал на втором входе Формирователя 1 не флюктуировал, то при Фактическом сдвиге Фаз между сигналами, например, в 90 , цифровое число наовыходе сумматора 1 О было бы равно величине Б .для времени измерения ТРазность величин (Б-А) определяет ошибку усреднения измерения сдвига Фаз данным методом. Чем меньше разность (Б-А), тем меньше ошибка ус" реднения, тем точнее цифровой газометр.Цифровой Фазометр может быть использован для построения измерителей дальности с фазовыми методами измерения, т.е. при измерении отношения сигнал/шум на его входах в зависимости от относительной дальности между измерителем и объектом с целью повышения точности измерения координат объекта на более удаленных расстоянияхПредлагаемый цифровой фазометр по сравнению с прототипом позволяет повысить точность за счет увеличения количества усредняемой информации за то же время измерения. Формула изобретения 1, ЦиФровой фазометр, содержащий формирователь, первый и второй элементы И и счетчик, при этом первый и второй выходы формирователя подключены к первым входам соответственно первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены с клеммой калиброванного временного ин- тервала, третьи - с клеммой счетных импульсов, а выход первого элементаИ соединен с входом счетчика, входсброса которого подключен к шинесброса, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности изме 5рения фазового сдвига, в него введены второй счетчик и сумматор, приэтом выход второго элемента И соединен с входом второго счетчика, входсброса которого подключен к шине 10сброса, а выходы первого и второгосчетчиков соединены с входами сумматора,фазо тр по п,1, о т л и а - 1щ и й с я тем, что формировательсостоит из двух усилителей-ограничитолей, двух фазовых детекторов с запоминанием знака и двух элементовИ - НЕ, при этом первый выход первогоусилителя-ограничителя соединен спервым входом первого Фазового детектора с запоминанием знака, второйвход которого соединен с первым выходом второго усилителя-ограничителя,а выходы с входами первого элементаИ-НЕ, второй выход первого усилителяограничителя соединен с первым входом второго .фазового детектора с запоминанием знака; второй вход которого соединен с вторым выходом второгоусилителя-ограничителя, а выходы -с входами второго элемента И-НЕ., :,уууо а оставитель М. Катановаехред Л,0 лийиык КоРректор Н,Ревская актор Л,Пчолинская Тираж 5 ствечног 11303 гарина, 10 оизводственно-издательский комбинат Патент , г, Ужгород, у11л Заказ 314 НИИПИ Госу омитетаосква, Ж Подписноеизобретениям и открьггиям при ГКНТ СССРРаушская наб д. 4/5