Цифровой фазометр Советский патент 1984 года по МПК G01R25/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для измерения мгновенных фаз вых сдвигов электрических колебаний в диапазоне низких и инфранизких частот. Известен цифровой фазометр, содер жащий формирователи импульсов, элект ронный ключ, счетчик импульсов и ум ножитель частоты ij, Недостатком фазометра является наличие погрешности измерения сдвига фаз за счет нелинейности выходной характеристики умножителя- частоты, вызванной погрешностью дискретности присущей всем цифровым устройствам, максимсшьное значение которой ограни ено достижимым быстродействием современной элементной базы. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения фазового сдвига между двумя переменными напряжениями, содержащее входной блок, блок управления с двумя входами, включенный между выходом умножителя частотн и входом счетчика, выход входного бл ка подключен к второму входу управля щего блока, а-первый вход объединен с входом умножителя частоты и является входом фазометра, другим входом которого является второй вход входно го блока 23. Недостатком известного устройства является наличие погрешности измерения, пропорциональной нелинейности характеристики умножителя, используе мого в фазометре. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем что в цифровой фазометр, содержащий первый умножитель частоты, последовательно соединенные входной блок, первый блок управления и первый счет чик, при этом вход .входного блока через первый умножитель частоты соединен с первь9м блоком управления, введены последовательно соединенные первый элемент задержки, второй счет чик и регистр, а также последователь но соединенные второй умножитель частоты, второй блок управления, RSтриггер 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 RS-триггера, причем выход входного блока соединен с вход ми 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, кроме того, вход второго счетчика соединен с выходом первого умно жителя частоты, при этом первый счетчик выполнен реверсивным. На фиг. 1 приведена структурная схема фазометра; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Фазометр содержит первый умножитель 1 частоты, первый управляющий блок 2, второй счетчик 3 импульсов, входной блок 4, второй умножитель 5 частоты, регистр б памяти, второй управляющий блок 7, первый элемент 8 задержки, RS-триггер 9, первый счетчик 10 импульсов, второй элемент 11 задержки, ключ 12. Выход первого умножителя 1 частоты подключен к первому входу первого управляющего блока 2 и к входу второго счетчика 3 импульсов. Второй вход первого управляющего блока 2 присоединен к выходу входного блока 4, первый вход которого объединен с входом первого умножителя 1 частоты и с входом второго умножителя 5 частоты Выход второго счетчика 3 импульсов подключен к информационному входу регистра б памяти, выход которого присоединен к управляющему входу второго умножителя 5 частоты, выходом подключенного к первому входу второго управляющего блока 7, второй вход которого объединен с вторым входом первого управляющего блока 2, а также с управляющим входом регистра 6 памяти и входом первого элемента 8 задержки, выход которого присоединен к входу установки нуля второго счетчика 3 импульсов. Выход второго управляющего блока 7 подключен к S-входу триггера 9, R-вход которого объединен с вычитающим входом первого счетчика 10 импульсов и соединен с выходом второго элемента 11 задержки, вход которого присоединен к выходу электронного ключа 12. Один из входов элект-. ройного ключа 12 подключен к выходу триггера 9, а другой объединен с сусуммирующим входом первого счетчика 10 импульсов и подключен к выходу . первого управляющего блока 2. Входы входного блока 4 являются входами фазометра. Первый счетчик 10 импульсов, выполнен реверсивным. , I Фазометр работает следующим образом, В исходном положении управляющий блок 2, второй управляющий блок 7 и электронный ключ 12 закрыты. Первый . счетчик 10 импульсов, второй счетчик 3 импульсов, а также КЗ-триггер находятся в нулевом состоянии. В регистр б памяти записано число, равное нулю. Коэф(1«циент умножения втоЕЮГО умножителя 5 частоты равен нулю, а коэффициент умножения первого умножителя 1 частоты равен К,. Исследуемые напряжения 01 и U2 (фиг. 2а) поступают на входы фазометра. При этом на выходе входного блока 4 появляются импульсы (фиг,26) с периодом следования Т и длительнос тью где Т - период колебаний исследуемых напряжений; Ч - измеряе1 ЫЙ сдвиг фаз между входными сигналами, Эти импульсы поступают на второй вход первого управляющего блока 2, который открывается и в течение интервала времени f обеспечивает прохождение на суммирующий вход первого счетчика 10 с выхода первого умножителя 1 частоты импульсов (фиг,2г с периодом следования т/1Гф, где Кф К„ + a;jK| К(. -IT) фактический коэффициент умножения первого умножи теля 1 частоты; К - нот шнальное зна чение коэффициента умножения первого умножителя 1 частоты; - относи тельная нелинейность выходной харак теристики первого умножителя 1 частоты; которая является функцией от частоты входного сигнала. Пока первый управляющий блок 2 открыт, на суммирующий вход первого счетчика .10 поступает количество им пульсов н(,) N -- К За указанный период Т на вход вт рого счетчика 3 импульсов с выхода первого умножителя 1 частоты поступит Nj К(1 + 1) импульсов. Так как емкость второго счетчика 3 выбра на равной К, то к концу периода Т следования импульсов во второй счетчик 3 запишется (l +1,) - KH t импульсов. По переднему фронту импульса с выхода входного блока 4 регистр 6 памяти запоминает код второго счетчика 3 импульсов, численное значение которого равно 1 К, и подает этот код на управляющийвход второго умножителя 5 частоты. Кроме того, после задержки во времени элементом 8 импульса (фиг 26 и в) с выхода блока 4 по переднему фронту задержанного импульса (фиг, 2в) установится в исходное сос тояние второй счетчик 3. Длительност задержки ot элемента 8 должна быть достаточной (например, сотни наносекунд) , чтобы обеспечить надежную запись информации в регистр б памяти до того, как по переднему фронту импульса с выхода элемента 8 второй счетчик 3 перейдет в исходное состоя ние. После этого коэффициент умножени второго умножителя 5 частоты станет равным j,K(l + ;,), где - нелинейность выходной характеристики второго умножителя 5 частоты. Частота сигнала на выходе второго умножитепя 5 частоты установится в t).TIiy(+t)) раз большей, чем на его входе, т,е, она будет равна (1 +). Второй управляющий блок 7 также, как и первый управляющий блок 2, открыт в течение интервгша времени f i за который с выхода второго умножителя 5 частоты на вычитающий вход первого счетчика 10 через цепочку, состоящую из триггера 9, электронного ключа 12 и второго элемента 11 задержки , поступит количество импульсов фиг, 2д) N - -7 f i-г + 2 360 Цепочка, 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 единичное состояние (фиг, 2а), что обеспечивает открывание электронного ключа. Импульс, поступающий на суммирующий вход первого счетчика 10, через от- . крытый электронный ключ 12 и элемент 11 задержки подается на вычитающий вход счетчика 10(фиг, 2ж), Импульсом с выхеда элемента 11 задержки триггер 9 возвращается висходное состояние и закрывает электронный ключ 12 до прихода очередного импульса а второго управляющего блока 7, Длительность временной задержки элемента 11 должна быть не менее Л (фиг, 2ж) для того, чтобы обеспечить надежную работу счетчика 10, т.е, чтобы на суммирующий и вычитающий входы счетчика 10поступали 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 триггера 9, электронного ключа 12 и элемента 11задержки, происходить не будет. Таким образом, к началу следующего интервала времени t в счетчике 10 импульсов окаикется записанной разность Ч NT - N к„(1 - ггЬЭта разность прямо пропорционашьна измеряемому сдвигу фаз и зависит не от значения относительной нелинейности выходной характеристики первого умножителя 1 частоты , а от произведения относительных нелинейностей выходных характеристик первого умножителя 1 частоты и второго умножителя 5 частоты 1-1 Ч 2 Причем Ki It I г так как всегда справедливо условие, Ill 1 i-i i

Следовательно, включение в схему второго умножителя частоты позволяет уменьшить погрешность от нелинейности выходной характеристики умножителя частоты и за счет этого повысить точность измерения сдвига фаз на низких и инфранизких частотах.

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 тличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены последовательно соединенные первый элемент задержки, второй счетчик и регистр, а также последовательно соединенные второй умножитель частоты, второй блок управления, RS-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 RS-триггера, причем выход входного блока соединен с входами вто рого 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-.S ме того, вход второго счетчика сое(Л динен с выходом первого умножителя частоты, при этом первый счетчик выполнен реверсивным. Uf и 2 4 1 С СО