Фазометр низких и инфранизких частот Советский патент 1986 года по МПК G01R25/00 

f

Изобретение относится к радио и электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения фазовых сдвигов гармонических сигналов, для определения фазочастотных харак терис тик четырехполюсников.

Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения в диапазрне низких и инфранизких частот за счет компенсации постоянной составляющей измеряемого сигнала и измерения мгновенных значений амплитуд сигнала с помощью пиковых детекторов.

На чертеже изображена структурная схема фазометра низких и инфранизких частот.

Фазометр содержит блок 1 смещения постоянной составляющей, состоящий из сумматора 2 и источника 3 напряжения постоянного тока, пиковый детектор 4 с операционным усилителем 5, диодом 6, накопительным конденсатором 7, управляемым разрядным ключом 8 сброса и согласующим каскадом 9, компаратор 10, формирователь 11 импульсов, состоящий из первого ждущего мультивибратора 12, второго ждущего мультивибратора J3 и линии 14 за- дергкки, блоки J5 и 16 выборки-хранения, блок 17 измерения (дисплеем).

При этом вход блока 1 смещения постоянной составляющей является входом устройства, выход блока смещения постоянной составляющей соединен с входом пикового детектора 4, выход которого соединен с первым входом компаратора 10, второй вход которого соединен с дополнительным выходом пикового детектора. Вькод компаратора 10 соединен с входом формирователя 11 импульсов, первый выход которого соединен с управляющими входами блоков 16 и 15 выборки-хранения, третий его выход соединен с блоком 17 измерения, а второй выход того же формирователя соединен с входом разрядного ключа 8.

Входы опорных квадратурных сигналов через блоки 16 и 15 выборки-хранения соединены соответственно с вторым и третьим входами блока 17 измерения.

Фазометр работает следующим обра- зом.

Измерительный сигнал вида

и. UxSin(vt+cf,)+Urt, ()

2I5050

где

х и„ Uv - амплитуда входного сигнала; измеряемый угол фазового сдвига;

амплитуда постоянного на- 5 пряжения во входном сигнале, подается на вход пикового детектора 4 через блок 1 смещения постоянной .составляющей . Как видно из (1), входной сигнал состоит из переменной состав- 10 ляющей Uj( sin(wt+(j) и постоянной составляющей. Своего максимального зна- чения входной .сигнал вида (1) достигает только при достижении максимального значения аргумента переменной 15 составляющей выражения (l), т.е. при

sin(vt+q )l(2)

Решение выражения (2) относительно времени t дает его значение 1 /21 п-Ч х

20

W

принимая , получаем

.

W

(3)

(4)

На опорные входы фазометра, которыми являются входы блоков выборки- хранения подаются сигналы вида

и,

U(jSin wt,

ОЛ( Uoni UoCOS Wt

j

в моменты времени, определяемые выражением (4), т.е. при достижении напряжением U своего максимального значения, диод 6 пикового детектора 4 закрьшается. Небольшой спад входного напряжения приводит к тому, что на выходе операционного усилителя 5 напряжение резко переходит в область отрицательных значений до величины напряжения насьацения операционного усилителя. На выходе компаратора 10, на входы которого подаются напряжения с выхода пикового детектора 4 через согласующий каскад 9 и с выхода операционного усилителя 5, появляется сигнал, точно фиксирующий момент достижения входным сигналом своего максимального значения и поступающий на вход первого ждущего мультивибратора 12 блока формирователя 11. Ждущий мультивибратор 1 2 вырабатывает импульс, длительность которого определяет время измерения фазометра. Передним фронтом этого импульса блоки 15 и 16 выборки-хра-. нения переводятся в режим Хранение, а также блок 17 через линию 14 задержки производит вычисление и индикацию измеренного угла фазового сдвига (если блок 17 является осциллографическим индикатором, то импульс с линии 14 задержки будет подаваться для подсвета луча в момент измерения) .

Задним фронтом импульса ждущего мультивибратора 12 запускается второй ждущий мультивибратор 13, импульс с выхода которого управляет работой ключа 8, подготавливая фазо- метр к следующему измерению.

В момент достижения .входным синусоидальным сигналом своего максимального значения управляющий сигнал с выхода формирователя 11 переводит блоки 15 и 16 выборки-хранения в режим Хранение, и напряжения на их выходах с учетом (4) и (5) будут иметь вид

-и cos U,sin

эз (Л inq,J

10

UBMXH U,sinq,J

Напряжения (6) поступают

блок 17, где производится обработка, вычисление и индикация измеренного угла фазового сдвига. Причем зти операции можно осуществлять различными способами.

В простейшем случае входы блока 17 представляют собой входы X и Y ос- циллографкческого индикатора, в котором по диаграмме, наложенной на экране электронно-лучевой трубки, определяют угол фазового сдвига.

Можно определить вычисление угла фазового сдвига по следующему алгоритму:

су агсгв§ « Чдо„,

- ем 10

(7)

где определяется полярностью напряж ёний Uj, , и Ugb,,,o и составляет

180

180

360

Можно произвести вычисление угла фазового сдвига переносом угла Cf , входящего в аргументы выражений (б), на опорную частоту и затем произвести измерение, т.е., несмотря на наличие постоянной составлякмцей в измерительном сигнале, производится измере

15050

нив угла фазового сдвига без какой- либо дополнительной погрешности. Причем положительная постоянная составляющая в измерительном сигнале может

5 значительно превьшать уровень амплитуды входного сигнала.

Отрицательная постоянная составляющая может достигнуть амплитудного значения сигнала. Если же отрицатель10 ная постоянная составляющая превышает амплитудное значение входного сигнала, то для обеспечения измерения блоком 1 смещения постоянной составляющей, состоящим из сумматора 2 и

15 источника 3 напряжения постоянного тока (ИНПТ), входной сигнал смещается в область положительных значений, т.е. устройство обеспечивает измерение угла фазового сдвига в диапазо20 не низких и инфранизких частот при наличии постоянной составляющей в измерительном сигнале, превышающей уровень входного сигнала.

5 Изобретение обеспечивает также измерение угла фазового сдвига без дополнительных погрешностей при наличии дрейфа постоянной составляющей во входном сигнале.

30

Формула изобретения

Фазометр низких и инфранизких частот, на опорные входы которого пода35 ются квадратурные сигналы Uo ei п со t и (Jj cos cot, содержащий формирователь импульсов, блок измерения с дисплеем, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности изме40 рения, в него введены два блока выборки-хранения, блок смещения постоянной составляющей, пиковый детектор с разрядиым ключом и согласукяцим каскадом, компаратор, причем вход

45 блока смещения постоянной составляющей является входом фазометра, выход блока смещения постоянной составляющей соединен с входом пикового детектора, выход которого соединен

50 с первым входом компаратора, второй вход которого :соёдинен с дополнительным выходом пикового детектора, а выход компаратора соединен с входом формирователя импульсов, первьй выход

55 которого соединен с управляоощимй входами блоков выборки-хранения, второй выход соединен с управляющюГ входом разрядного ключа, а третий выход сое512150506

динен с синхронизирующим входом блока кия, входы которых соединены соответ- измерения, с входами которого сое- ственно с входами опорных квадратур- динены вькодь| блоков выборки-храие- ных сигналов U sinco t и .

S

Изобретение относится к области радио- и электроизмерительной техники и может бЫть использовано для измерения фазовых сдвигов гармонических каналов. Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения. Блок 1 смещения постоянной составляющей состоит из сумматора 2 и источника 3 постоянного тока. Пиковый детектор 4 содержит операционный усилитель 5, диод 6, конденсатор 7, разрядный ключ 8 сброса и согласующий каскад 9. Формирователь II импульсов состоит из двух жнущих мультивибраторов 12 и 13 и линии 14 задержки. Кроме того, устройство содержит ксмпаратор 10, блоки 15 и 16 выборки - хранения и блок 17 измерения. На опорные входы фазометра подаются квадратурные сигна- лыид51пс HUeto b)i- 1 ил.