Цифровой фазометр

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(61) Дол олни тель мое к ав т. св ид-в у(23) Приоритет 6 01 а 25/00 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий.77(088.8) Дата опубликования описания 23 .09 . 82(71) Заявител Минский радиОтехнический инс-/ два два ква сов 0 Изобретение относится к радиоиэмерительной технике и может быть использовано при измерении фазовых сдви говИзвестен цифровой фаэометр с постоянным .временем измерения, содержащийФормирователя, два триггера,элемента совпадения, генераторнтуищих импульсов, счетчик импульделитель частоты 1).Однако в этом фаэометре возникает значительная амплитудно-фазовая. погрешность измерения фазовых сдвигов, обусловленная неидентичностью формирователей, и низкочастотная погрешность дискретного преобразования, причина возникновения которой в. некратности периода исследуемого напряжения и времени измерения фазометра. кроме того, цифровой фаэометр не позволяет производить измерение фазовых сдвигов двух равномерно существующих напряжений.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является времяимпульсной цифровой фаэометр, содержащий два аттенюатора, автоматический переключатель, избирательный удилитель, фазовращатель, широкополосный усилитель, два усилителя-ограничителя, две дифференцирующие цепочки, триггер с раздельными входами, элемент совпадения, генераторквантувщих импульсов, два пересчетных блока, реверсивный счетчик, цифровой индикатор, блок управления,причем вход первого канала через первйй аттенюатор, автоматический переключатель, к второму входу которогочерез второй аттенюатор подключенвход второго канала, избирательныйусилитель, первый усилитель-ограничитель, первую дифференцирующую цепочку подключен к первому входу триггера с раздельными входами, а входвторого канала через второй аттенюатор, фазовращатель, широкополосный усилитель,. второй усилитель-ограничитель, вторую дифференцирующуюцепочку подключен к второму входутриггера с раздельными входами, выход которого через элемент совпадения, к второму входу которого подключен первый выход генератора квантующих импульсов, первый пересчетныйблок, реверсивный счетчик подключенк входу цифрового индикатора. Второйвыход генератора квантующих импульсов через второй пересчетный блокподключен к входу блока управления,первый, второй, третий и четвертыйвыходы которого подключены к управ-ляющим входам соответственно автоматического переключателя, ререрсивного счетчика, цифрового йндикатора и генератора квантующих импульсон Г 2Однако этот Фазометр обладаетнизким быстродействием, посколькучастота коммутации выбирается значительно большей частоты входных 10сигналов и после. измерительного периода коммутации для снятия отсчета с цифрового индикатора осуществляются "холостые" такты автоматического переключателя. В фазометре существует низкочастотная погрешность дйскретного преобразования, обусловленная некратностью периода исследуемого напряжения и времени измерения Фазовых сдвигов, Кроме того, фазометр не позволяет производить измерение Фазовых сдвигов разновременно существующих исследуемых напряжений.Целью изобретения является повышение точности, быстродействия и расширение функциональных возможностей измерения фазовых сдвигов исследуемых напряжений.Указанная цель достигается тем, что в цифровой. Фазометр, содержащий автоматический переключатель, выход которого через Формирователь напряжения прямоугольной формы подключен к входу триггера, выход которогс через элемент совпадения подключен к входу реверсивного счетчика, 35 цифровой индикатор, генератор кнантующих импульсов, блок управления, выходы которого подключены к управляющим входам автоматического переключателя и реверсивного счетчика соот ветственно, делитель частоты, введены три дополнительных триггера, дополнительный элемент совпадения и счетчик, при этом выход триггера через первый и третий дополнительные 4 триггеры подключен к входу блока управления, выход генератора квантующих импульсов через дополнительный элемент совпадения, выход которого через. делитель частоты, второй допол"нительный триггер подключен к его . т .второму входу, подключен ко второму входу элемента совпадения, к третьему и четвертому входам которого подключены выходы соответственно первого и третьего дополнительных триггеров, выход реверсивного счетчика через счетчик подключен к входу цифрового индикатора, выход первого дополнительного триггера подключен к управляющим входам второго до О полнительного триггера и счетчика.На Фиг. 1.приведена структурная схема Фазометра; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие работу устройства. б 5 Фазометр содержит. автоматический переключатель 1, Формирователь 2 напряжения прямоугольной Форма, триггер 3, элемент 4 совпадения, дополнительный элемент 5 совпадения, генератор б квантующих импульсов, первый дополнительный триггер 7, реверсивный счетчик 8, второй дополнительный триггер 9, третий дополнительный триггер 10,счетчик 11, делитель 12 частоты,блок 13 управления, циФровой индикатор 14.Причем на первый и второй вход автоматического переключателя 2 подаются исследуемые сигналы, а его выход через формирователь 2 подключен к входу триггера 3, выход которого через первый 7 и третий 10 дополнительные триггеры подключен к входу блока 13 управления, первый и второй выходы которого подключены К управляющим входам автоматического переключателя 1 и реверсивного счетчика 8 соответственно. К первому, третьему и четвертому входам элемента 4 совпадения подключены ныходы триггеров 3, 7 и 10 собтветственно, а к его второму входу через элемент .5 совпадения подключен выход генератора б квантующих импульсов. К второму входу элемента 5 совпадения через делитель 12 частоты, триггер 9 подключен его выход. Выход элемента 4 совпадения через ренерсивный счетчик 8, счетчик 11 подключен к входу цифрового .индикатора 14. Выход триггера 7 подключен к управляющим входам триггера 9 и счетчика 11.Фазометр работает следующим образом.Исследуемые входные сигналы (Фиг. 2 а;Й01 щ О 1я (юе- У 1);О 1= О 1510(м - Ч 1) "(1)поступают на вход автоматическогопереключателя 1, на управляющий входкоторого поступают, импульсы управленияот блока 13 упранления. При работеавтоматического переключателя 1 с чачастотой Я (рис. 2, е) на его выходеформируется непрерывное напряжение,модулированное по фазе с частотойкоммутации0-. 5 о (ю 1 -Чр)Р +01519 (ш 1 - .Р 1) Р Ме(1)Напряжение (2) преобразуется в напряжение прямоугольной Формы при помощи Формирователя 2 (рис. 2 в)которое подается на.последовательно соединенные триггеры 3, 7 и 10. На выходе второго дополнительного триггера 10 (рис, 2, е) формируется напряжение частоты коммутации Я, которое поступает на блок 13 управления и 5 управляет его работой. При этом пери. - од коммутирующего напряжения 6 = - свяЯ зан с периодом коммутируемых напряжений Т следующей зависимостью10и",1)т,где в - целое положительное число,в Ф О..В первый такт работы автоматическо-,5 го переключателя 1 на вход триггера 3 поступают напряжение прямоугольной форма, моменты перехода через нуль которого определяются следующим выражением 20 011 1=0 т 1- - " . (4) В другой такт работы автоматического переключателя 1 на вход триггера 3 поступает напряжение прямоугоьной Формы, моменты перехода через нуль которого определяются фг 1=о Ъ=;(5)ЧНа выходе триггера 3 Формируется прямоугольное напряжение (рис. 2, 2), длительность начального импульсаЗ 5 которого, в первый такт работы автоматического переключателя 1. равнаь:Т " :Т-, (6)40 а во второй такт 2.1На выходе первого дополнительно го триггера 7 также формируется напряжение прямоугольной формы (рис.2,д), длительность начального импульса которого во второй такт работы авто.матического переключателя 1 равна 50 1тф:т " т:т.-., в)На выходе третьего дополнительного триггера 10 формируется напряже ние прямоугольной формы (рис. 2, е), длительность импульса которого в первый такт работы автоматического переключателя 1 равнаЕ=г. т-т; 9) При реверсировании счетчика 8 с65 частотой я в моменты переключения ава во второй такт8": (г) т. т (О)Таким образом, период коммутациискладывается из двух полупериодов,длительность которых зависит не только от частоты входных сигналов, но и от фазового сдвига между этими сигналами. Кроме того, при т"- Чг =180 длительности полупериодов коммутации становятся равными, при фазовых сдвигах, меныаих 180 ООт", а при Фазовых сдвигах, больщих 180 6 т 6", что дает возможность автоматически ийдицировать знак фазового сдвига.Выходные напряжения триггеров 3, 7 и 10 .поступают на входы элемента .4 совпадения и открывают его только на моменты времени, равные т в пер- вый такт работы автоматического переключателя 1 и " - во второй такт работы (рис. 2, и). На этот же элемент совпадения поступают от генератора б квантующих импульсов следующие с высокой частотой повторения 1 квантующие импульсы. С выхода ,элемента 4 совпадения на реверсивный счетчик 8 за время одного периодакоммутации поступают пачки квантующих импульсов, количество которых определяется (рис. 2, 3)М = Гт, М = 1 Т (11) Время измерения Т ограничивается с помощью дополнительных элемента 5 совпадения и второго триггера 9, а также делителя 12.частоты. Количество пачек квантующих импульсов, проходящих на выход элемента 4 совпадения, определяетсяи = 2 Ти (12)Выходное напряжение триггера 7 поступает на вход триггера 9 и опрокидывает его в моменты времени, сдвинутые во времени относительно импульсов коммутации на постоянную, зависящую от частоты входных исследуемых напряжений, величину, т.е. триггер 7 формирует импульс запуска. Триггер 9.открывает элемент 5 совпадения, и рт генератора 6 квантующих: импульсов на элемент 4 совпадения и делитель 12 частоты и поступают квантующие импульсы. Сигнал триггера 7 также сбрасывает на нуль показания счетчика 11. После прохождения заранее заданного числа квантующих импульсов М, кратного 360 О, делитель 12 частоты выдает на триггер 9 сигнал, элемент .5 совпадения закрывается и процесс измерения прекращается.На реверсивный счетчик 8 в первый такт работы коммутатора поступает число импульсовМ= (Т - Т)1. (13) В следующий такт работы автоматического переключателятоматического переключателя, что обеспечивается блоком 13 управления, число импульсов, накопленных реверсинным счетчиком 8 за один период коммутации М И - Мн2 ЧГ360 б Г где= , - ч 1Г - частота исследуемых напряжений.Количество периодон коммутации за время измерения 0 и = гЯТ,г РТак как зс= уя, то 15 2 ГТи2 Т" -1Пачки импульсов (15) с выхода реверсивного счетчика 8 поступают на вход счетчика 11. Таким образом, общее количество импульсов, сосчитанное счетчиком 11 равно 20 4 ЧЕ ТЧЕТ М: пМ (18) иэм (1 пчФ 1,) о (1 п", ) 9 О 25"иэ м. р-р"ЧГТ (19) Кроме того, предлагаемый цифровой фазометр имеет более широкие функциональные возможности, что достиИэ полученного ныражения следует, что выбрав надлежащее соотношение между частотой следования кван тующих импульсов 1 и временем измерения Ти, можно получить отсчет 11 эм, соответствующий величине измеряемого Фазового сдвига Ч .Таким образом, технико-экономичес кие преимущества предлагаемого цифрового фазометра по сраннению сизвестным, заключается в более высокой точности измерения Фазовых сдвигов, которая достигается за счет син хрониэации момента запуска с частотой исследуемых напряжений, более высоком быстродействии измерения фазовых сдвигов, которое достигается эа счет уменьшения времени измерения и повышения частоты коммутации по сравнению с частотой исследуемых напряжений. гается обеспечением возможности измерения фазовых сдвигов двух равномерно существующих исследуемых напряжений.Формула изобретенияЦифровой фаэометр, содержащий автоматический переключатель, выход которого через формирователь напряжения прямоугольной формы подключенк входу триггера, выход которого через элемент совпадения подключен квходу реверсивного счетчика, циФровойиндикатор, генератор квантующих импульсов, блок управления, выходы которого подключены к управляющим нходам автоматического переключателяи реверсивного счетчика соответственно, делитель частоты, от л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, быстродействия ирасширения функциональных возможностей измерения фазовых сдвигов исследуемых напряжений, введены три дополнительных триггера, дополнительный элемент совпадения и счетчик,причем выход триггера через последовательно соединенные первый и третийдополнительные триггеры подключенк входу блока управления, выход генератора квантующих импульсов черездополнительный элемент совпадения,выход которого через последовательносоединенные делитель частоты, второй дополнительный триггер подсоединен к его второму входу, подключен к второму входу элемента совпадения, к третьему и четвертому входам которого подключены выходы соответственно первого и третьего дополнительных триггеров, выход реверсивного счетчика через счетчик подключен к входу циФрового индикаторов,выход первого дополнительного триггера подключен к управляющим входамвторого дополнительного триггера исчетчика.Источникиинформации,принятые во внимание при зкспертизе1, Смирнов П.Т. Цифровые фазометры. М., "Энергия", 1974, с. 33,рис. 13.2. Скрипник И.А. Коммутационныецифровые измерительные приборы. М.,255/ ак ПодписноСССР 113 д.4/ Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 и,а Тираж ИИПИ Государств по делам изобр 35, Москва, Ж