Двухполупериодный цифровой фазометр Советский патент 1984 года по МПК G01R25/00 

второй вход пятого элемента совпаде- формирователя, з выход - с вторьм НИИ соединен с выходом четвертого- входом второго управляемого триггера..

1112307

. ДВУХПОЛУПЕРИОДНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР, содержащий первьп и второй усилители-ограничители, входы которых соединены с входными клеммами фазометра, выход первого усилителя-ограничителя через первый и второй формирователи соединен с первыми входами первого и второго управляемых триггеров, выход второго усилителя-ограничителя соединен с входами третьего и четвертого формирователей, выход третьего формирователя соединен с входом первого управляемого триггера, выходы первого и второго управляемы.х триггеров через первые входы первого и второго элементов совпадения соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом счетчика, делитель частоты, выход которого через триггер соединен с первым входом третьего элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом генератора квантующих импульсов, первьш и второй формирователи последовательностей квантующих импульсов со сдвигом 180 меяду ними, выход первого из которых соединен с вторым входом первого элемента совпадения, выход второго - с вторым входом второго элемента совпадения, а выходы объединеныи соединены с выходом третьего элемента совпадения, отличающийся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей путем измерения сдвига фаз между«синусоидальными сигналами с кратковременным соот(гошением частот вида 1:п , где п 2,3,..., в него введены блок вьделения периода -и гармоники за каядый период первой, блок определения четности S (Л гармоники, четвертый и пятый элементы совпадения, выход блока вьделения периода п -и гармоники за каукдый период первой соединен с первым входом четвертого элемента совпаде§ ния, первый выход блока определения четности гармоники соединен с пятым элементом совпадения, первый вход блока вьщеления периода п-и гар моники за каждый период первой соединен с выходом первого, а второй со вход - с выходом третьего формирователя, первый, второй и третий входы блока определения четности гармоники соединены с выходами первого, второго формирователей и с выходом второго усилителя-ограничителя, второй выход блока определения четности гармоники соединен с вторым входом счетчика, второй вход четвертого элемента совпадения соединен с выходом второго формирователя последовательностей квантующих импульсов со сдвигом 180 между ними, а выход - с входом делителя частоты.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для измерения сдвига фаз между синусоидальными сигналами при соотношении частот вида 1:п где п - 1, ,....

Известно устройство, позволяющее измерять фазовый сдвиг меязду сигналами с целочисленным соотношением частот, основанное на анализе фигур Лиссажу, вычерчиваемых пятном на экране электронно-лучевой Трубки осциллографа, содержащее коммутатор, выход которого соединен с входом канала осциллографа, а входы - с входами устройства С11.

Недостатки устройства - малая точность определения сдвига фаз изза низкой точности определения геометрических параметров фигуры Лисса- жу, трудоемкость и сложность измерения и вычисления искомого угла сдвига фаз.

Наиболее близким, к предлагаемому является двухполупериодный цифровой фазометр с постоянным измерительным временем, содержащий формирукшщй блок ,j состоящий из усилителей-ограничителей, формирователей импульсов и управляемых триггеров, элементы совпадения, элемент ИЛИ, счетчик импульсов, первый и второй формирователи импульсных последовательностей счетных импульсов со сдвигом 180 между ними, блок ограничения измерительного времени, вшюлненньй в виде задающего генератора, делителя частоты счетных импульсов, триггера и элемента совпадения, один из каналов формирующего блока содержит переключатель на входе управляемых триггеров, третий формирователь импульсной последовательности, сдвинутьй на 90 по отношению к счетным импульсам первого и второго формирователей, причем вход третьего формирователя соединен с входами первого и второго формирователей, а выход через тот же переключатель.- с элементом ИЛИ 2} .

Однако в известном устройстве измеренная разность фаз при измерении сдвига фаз меящу двумя синусоидальными сигналами с соотношением частот вида 1: п/где п 2,3,..., требует пересчета для определения измеряемой разности фаз. При измерении известньм устройством сдвига фаз между первой гармоникой и высшей п -и гармоникой, т.е. при соотношении частот входных сигналов вида 1:П, где т 2,3,... (втора гармоника и т.д.), показания извесного устройства не будут равны измеряемому сдвигу фаз.

Известному устройству свойственна мертвая зона при - О для всех значений п ,И 1,2,..., основным способом борьбы с которой является введение калиброванного фазового сдвига 180, путем коммутации запускающих импульсов в одно из каналов фазометра. Однако при измерен1Ш сдвига фаз мехщу первой и четной гармониками этот способ уже не подходит, так как из нулево мертвой зоны при коммутации попадаем в 180-ю мертвую зону.

Цель изобретения - расширение функ хиональных возможностей путем измерения сдвига фаз между синусоидальными сигнала с кратным соотношением частот вида 1:п, где П 2,3,...

Указанная цель достигается тем, что в двухполупериодный цифровой фазометр, содержащий первый и второй усилители-ограничители, входы которых соединены с входными клеммами фазометра, выход первого усилителя-ограничителя через первый и второй формирователи соединен с первыми входами первого и втрого управляемых триггеров, выход второго усилителя-ограничителя соединен с входами третьего и четвертого формирователей, выход третьего формирователя соединен с вторым входом первого управляемого триггера, выходы первого и второго управляемых триггеров через первые входы первого и второго элементов совпадения соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом счетчика, делитель частоты, выход которого через триггер соединен с первым входом третьего элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом генератора квантующих импульсов, первый и второй формирователи послед вательностей квантующих импульсов со сдвигом 180 между ними,выход первого из которых соединен с вторым входом первого элемента совпадения, выход второго - с вторым входом второго элемента совпадения, а входы объединены и соединены с выходом третьего элемента совпадения, внедены блок вьщеления периода г -и гар моники за каждый период первой, блок определения четности гармоники, четвертый к пятьй элементы совпадения, выход блока вьделения периодам-и гармоники за каждый период первой соединен с первым входом четвертого элемента совпаде1гия, первый выход блока определения четности гармоники соединен с пятым элементом совпадения, первый вход блока вьщеления периодов п-й гармоники за каждый период первой соединен с выходом пер вого, а второй вход - с выходом третьего формирователя, первый, второй-и третий входы блока определе ния четности гармоники соединены с выходами первого, второго формирователей и с выходом второго усилителяограничителя, второй блока определения четности гармоники соединен с вторым входом счетчика, второй вход четвертого элемента совпадения соедин.ён с выходом второго формирователя последовательностей квантующи импульсов со сдвигом 180 меаду ними, а вьпсод - с входом делителя частоты, второй вход пятого элемента совпадения соединен с выходом четвер того формирователя, а выход - с вто рым входом второго управляемого три гера . На чертеже представлена блок-схе двухполупериодного цифрового фазометра . , Устройство состоит из усилителей ограничителей 1 и 2, формирователей 3-6, управляемых триггеров 7 и 8, элементов 9 и 13 совпадения, элемента ИЛИ 14, счетчика 15, формирователей 16 и 17 последовательностей квантующих импульсов со сдвигом 180° между ними, генератора 18 квантующих импульсов, делителя 19 астоты, триггера 20, блока 21 выеления периода h-и гармоники за каждый период первой, блока 22 определения четности гармоники, при- . чем входы первого и второго усилителей-ограничителей 1 и 2 соединены с входными клеммами устройства, выход первого усилителя-ограничителя 1 через первьй и второй формирователи 3 и 4 соединен с первыми входами первого и второго управляемых триггеров 7 и 8, выход второго усилителя-ограничителя 2 соединен с входами третьего и четвертого формирователей 5 и 6, выход третьего формирователя 5 соединен с вторым входом первого управляемого триггера 7, выходы первого и второго управляемых триггеров 7 и 8 через первые входы первого и второго элементов 9 и 10 совпадения соединены с входами элемента ИЛИ 14, выход которого соединен с первым входом счетчика 15, выход делителя 19 частоты через триггер 20 соединен с первым входом третьего элемента 12 совпадения,второй вход которого соединен с выходом генератора 18 квантующих импульсов, выход первого формирователя 16 последовательностей квантукшц х импульсов со сдвигом 180°между ними соединен с вторым входом первого элемента 9 совпадения, выход второго формирователя 17 последовательностей квантующих импульсов со сдвигом т . .„- вторым входом 180 между ними - с второго элемента 10 совпадения, а входы объединены и соединены с выходом третьего элемента 12 совпадения, выход блока 21 вьц еления периода п-и гармоники за каждый период первой соединен с первым входом четвертого элемента 1I совпадения, первый выход блока 22 огфеделения четности гармоники соединен с пятым элементом 13 совпадения,первый вход блока 21 ввделения периода п-й гармоники за казвдый период первой соединен с выходом первого 3, а второй вход - с выходом третьего 5 формирователей первый, второй и третий входы блока 22 отфеделения четности гармоники соединены с выходами первого, второго формирователей 3,4 и с выходом второго усилителяограничителя 2, второй выход блока определения четности гармоники соединен с вторым входом счетчика 15, второй вход четвертого элемента 11 совпадения соединен с выходом второ го формирователя 17 последовательностей квантующих импульсов со сдви гом 180 между ними, а выход - с входом делителя 19 частоты, второй вход пятого элемента 13 совпадения соединен с выходом четвертого форми рователя 6, а выход - с вторым входом второго управляемого триггера 8 Устройство работает следующим образом. Входные сигналы U и 1/2 усиливаются и ограничиваются усилителями ограничителями 1 и 2, после чего из этих сигналов формирователями 3-6 формируются импульсы в момент перехода исследуемых напряжений через нуль с положительной и отрицательной производными. Сформированными импульсами переключаются управляемы триггеры 7 и 8, формирующиефазовые интервалы. В элементах 9 и 10 совпадения фазовые интервалы заполняются квантующими импульсами. Через элемент ИЛИ 14 эти импульсы п тупают на счетчик 15. На другие вхо ды элементов 9 и 10 совпадения поступают две последовательности квантующих импульсов, сдвинутых на 180 между ними с формирователей 16 и 17. Счетные импульсы проходят через элемент 11 совпадения на делитель 19 частоты. Импульсами низкой частоты с выхода делителя 19 переключается триггер 20, формирующий интервал времени измерения, в течение которого счетные импульсы с выхода генератора 18 проходят через элемент 12 совпадения на входы формирователей 16 и 17. Блок 21 вьделяет один период и -и гармоники в течение каждого периода первой гармоники. Таким образом, на вход элемента 11 совпадения поступает после довательность импульсов длительностью Т/п с периодом следования Т (где Т период первой гармоники) . Если на входы фазометра поступают сигналы одинаковой частоты, на выходе блока 21 будет постоянный потенциал, открывающий элемент 11 совпадения. В этом случае работа фазометра не. отличается от работы известного устройства, а измеренная разность фаз и время измерения равныq J,f2ki,f i tnim фазовые интервалы с выходов з равляемых триггеров 7 и 8j коэффициент деления делителя 1-9, частота генератора кванТ5тощих импульсов 18. Для индикации фазы в градусах К выбирают равным 18-10 где ir Я ,J,. . . При подаче на измерительный вход четной гармоники для индикации измеряемого угла сдвига фаз в градусах следовало бы на второй вход второго управляемого триггера 8 подать импульсы, соответствующие положительному нуль-переходу с выхода третьего формирователя 5. Однако в этом случае преимущество двухполупериодного фазометра перед однополупериодным исчезает. Чтобы этого не происходило, двухполупериодный цифровой фазометр снабжен блоком 22 определения четности гармоники и элементом 13 совпадения. Блок 22 определяет, четная или нечетная гармоника подана на измерительньй вход фазометра, например, путем сравнения уровней меандра гармоники в моменты положительных и отрицательных нуль-переходов первой гармоники. В случае четной гармоники с первого его выхода на пятьй элемент 13 совпадения поступает импульс, запрещающий прохождение импульсов с четвертого формирователя 6 в интервалы времени от момента отрицательного нуль-перехода первой гармоники до первого следующего за ним положительного нуль-перехода гармоники. В этом случае фазовые интервалы на выходе второго усилителя-ограничителя 8 увеличиваются на полпериода гармоники, что соответствует увеличению индицированного фазового сдвига на 90° Для .компенсации этого увеличения в счетчике 15 происходит вычитание 90 по сигналу с второго выхода блока 22. При подаче на измерительный вход нечетной гармоники пятый элемент 13 совпадения открывается постоянным уровнем блока 22, Измеренная разность и время измерения для Л.-Й нечетной гармоники равны

Н-24 - W,,

iiift

в этом случае t - фазовые интервалы с выходов управляемых триггеров 7 и 8 меняются от О до Т/ v с, а ip - от О до 360. Использование новых элементов блока вьиеления периода п -и гармо

-J

НИКИ за каждый период первой гармоники, блока определения четности гармоники и двух элементов совпадения расширяют функциональные возможности предлагаемого фазометра вследствие того, что становится возможным измерение сдвига фаз мея9(У синусоидальными сигналами с кратным соотношением частот вида 1:п, где ц 2,3,..., без переключений В зависимости от п;