Фазометрический преобразователь электронно-счетного частотомера Советский патент 1986 года по МПК G01R25/00 

1

Изобретение относится к технике электро-радиоизмерений и может быть использовано при разработке фазоиз- мерительных устройств.

Цель изобретения - повьшение точности при измерении малых значений угла сдвига фаз и получение информации о его знаке в широком диапазон частот.

На фиг. 1 изображена структурная схема фазометрического преобразователя электронно-счетного частотомер (ЭСЧ); на фиг. 2 - временные диаграмы его работы.

Фазометрический преобразователь ЭСЧ содержит двухканальный преобразватель 1 частоты (ДКПЧ), Т-тригге- ры 2 и 3, 1К-триггер 4, элементы И 5 и 6, блок 7 определения знака коммтаторы 8 и 9, дешифратор 10, реверсивный счетчик 11, элемент ИЛИ 12 и электронно-счетный частотомер 13.

При этом входами фазометрическог преобразователя ЭСЧ явл5потся первый и второй входы двухканального преобразователя 1 частоты, выходы которого соединены с входами Т-тргатеров 2 и 3.

Прямые выходы Т-триггеров 2 и 3 соединены с входами 1К-триггера 4, при этом прямой выход Т-триггера 3 соединен также с входом элемента И и с первым входом электронно-счетного частотомера 13, а инверсный выход Т-триггера 3 соединен с входом элемента И 6. Прямой и инверсный выход 1К-триггера 4 подключены к входам элементов 5 и 6, другие входы которых соединены с высокочастотным выхдом электронно-счетного частотомера 13 и с синхронизируемьм входом двухканального преобразователя 1 частоты. Выходы элементов 5 и 6 соединены с информационньдми входами логических коммутаторов 8 и 9, первые выходы которых пoдкJпoчeиы к выходам суммирования и вычитания реверсивного счетчика I1, а вторые выходы через элемент ИЛИ 12 подключены к вхо ду электронно-счетного частотомера 13. Информационный кодовый выход реверсивного счетчика 11 соединен с входом дешифратора 10, выходы которого подключены к управляющим входам коммутаторов 8 и 9 и к входам блока 7 определения знака.

Фазометрический преобразователь ЭСЧ работает следующим образом.

5

0

5

0

Синусоидальные напряжения одинаковой частоты fg , сдвиг фаз между которьми подлежит измерению, поступают на опорный и измерительный входы двухканального преобразователя 1 частоты, который осуществляет перенос сдвига фаз между его входными напряжениями и напряжением фиксиро- частоты fpp на его вьпсоде. В основу работы ДКПЧ могут быть положены различные принципы, например, фазоразностный-, гетеродинный, стробоскопический и т.д.

Для того, чтобы индикация измеренного значения сдвига фаз осуществлялась в градусной мере, необходимо, чтобы частота выходных напряжений ДКПЧ была в определенное число раз ниже частоты напряжений на его синхронизирующем входе.

Для нормальной работы последующих элементов напряжения на выходе ДКПЧ должны иметь форму импульсов с малым временем нарастания, что обеспечивается с помощью входящих в его состав формирователей.

Кроме того, в состав ДКПЧ может входить установочный фазовращатель, позволяющий компенсировать вносимые каналами преобразования частоты фазовые сдвиги.

Далее с выходов двухканальног,о преобразователя 1 частоты сигналы . фиксированной промежуточной частоты Г„р в виде импульсных напряжений.

сформирюванных, например, с помощью усилителей-ограничителей, поступают на счетные входы Т-триггеров 2 и 3, которые/осуществляют деление на 2 . частоты входных сигналов и обеспечивают высокую крутизну фронтов выходных импульсов. Сигналы с прямых выходов Т-триггеров 2 и 3 поступают соответственно на входы I и К асинхронного 1К-триггера 4, который обеспечивает формирование импульсов, длительность которых пропорциональна сдвигу фаз входных сигналов, причем нулевому сдвигу фаз соответствует скважинность ймпульсов на его выходе равная 2. Применение асинхронного триггера 1К-типа позволяет при раздельном запуске сформировать выходной импульс произвольной длительности независимо от длительности запускающих импульсов. В этом случае минимальная длительность выходного

импульса определяется только быстродействием 1К-триггера.

Сигнал с прямого выхода триггера 4 поступает на один из входов элемента 5, на второй и третий входы этого элемента подаются соответственно сигнал с прямого выхода триггера 3 и сигнал опорной частоты f с высокочастотного выхода электронно-счетного частотомера 13. Аналогично на первый, второй и третий входы элемента И 6 подаются соответственно сигнал с инверсного выхода триггера 4, сигнал с инверсного выхода триггера 3 и сигнал опорной частоты с частотомера 13, На выходе элементов И 5 или И 6 в зависимости от знака сдвига фаз входных сигналов формируются пакеты импульсов опорной частоты (счетных импульсов), при ЭТОМ число импульсов в пакете пропорционально сдвигу фаз входных сигналов (временные диаграммы на фиг. 2

Указанные пакеты счетных импульсов с выходов элементов И 5 и 6 поступают соответственно на входы коммутаторов 8 и 9. Первые выходы коммутаторов 8 и 9 подключаются к входам суммирования и вычитания реверсивного счетчика 11, а вторые выходы коммутаторов соединены с входами элемента ИЛИ 12.

На входы управления коммутаторов и 9 подаются сигналы с выходов дешифратора 10, входы которого подключены к информационному выходу реверсивного счетчика 11. I

Сигнал 1 на одном из выходов дешифратора 10 появляется только в том случае, когда состояние реверсивного счетчика определяется некоторым числом А1, определяемым, в свою очередь, кодом на выходах триггеров реверсивного счетчика. Точно также единичный сигнал на втором выходе, дешифратора 10 обусловлен состоянием реверсивного счетчика, определяемым числом А2. Указанные числа (коды) выбраны таким образом, что количество счетных импульсов, переводящих реверсивный счетчик 11 из состояния А1 в состояние A2j одинаково как в режиме суммирования, так и в режиме вычитания, и равно половине его емкости.

Коммутаторы 8 и 9 выполнены на дискретных логических элементах и фзгнкционируют таким образом, что при

.сигнале О на их выходах управления импульсы, поступающие на вход коммутатора, проходят только на вход суммиро вания (вычитания) реверсивного счетчика 11, а при подаче на входы управления сигнала 1 те же импульсы проходят только на вход элемента ИЛИ 12.

При измерении относительно больших сдвигов фаз входных сигналов пакеты счетных импульсов появляется на выходе лишь одного элемента И 5 или 6 (в зависимости от знака). При этом в случае произвольного

состояния реверсивного счетчика 1I счетные импульсы через коммутатор 8 и 9 поступают на вход суммирования или вычитания этого счетчика, в котором происходит изменение кода до тех

пор, пока не будет достигнуто состояние А1 или А2. В этот момент соответствующий коммутатор 8 или 9 переключается, реверсивный счетчик 11 прекращает счет и.остается в состоянии

А1 или А2, а счетные импульсы через элемент ИЛИ 12 поступают на второй вход электронно-счетного частотомера 13, работающего в режиме измерения отношения частот. На первый вход частотомера 13 при этом поступает напряжение частоты f пр /2 с выхода триггера 3. Соотношение опорной , и промежуточной f„p частот выбрано исходя из выражения f 36-10 Г„р , где ,.

2,3... Этим обеспечивается индикация результата измерения на устройстве цифровой индикации электронно-счет- ного частотомера непосредственно в градусной мере.

В случае измерения небольших углов сдвига фаз за счет флуктуации сдвига фаз сигналов промежуточной частоты, внесенных двухканальным преобразователем 1 частоты, а также

флуктуации, присущих собственно входным сигналам, счетные импульсы могут появляться с некоторой вероятностью на выходах обоих элементов И 5 и 6 в течение цикла измерения. При этом

на выход элемента ИЛИ I2 поступает число счетных импульсов, равное абсолютной величине разности количеств импульсов на выходах элементов И 5 и 6 за время цикла измерения. Так,

если после прохождения очередного пакета счетных импульсов с выхода элемента И 5 реверсивный счетчик I1 находился в состоянии А1, то первый

же импульс на выходе элемента И 6 переведет счетчик в состояние А1-1, прохождение импульсов на вход элемента ИЛИ 12 прекратится,после чего счетчик 11 установится в состояние A1-N, где W-число импульсов в пакете на выходе элемента И 6. Далее рри появлении импульсов на выходе элемента И 5 реверсивный счетчик 11 переводится этими импульсами из состояния A1-N в состояние А1, и только после этого импульсы с выхода элемента И 5 начинают проходить на вход элемента ИЛИ 12. Если среднее число импульсов на выходе элемента И 6 превышает число импульсов на выходе элемента И 5, то счетчик переводится в состояние А2 и аналогичным образом осуществляет взаимное вычитание количеств импульсов на выходах элементов И 5 и 6

Таким образом, в случае малых значений измеряемых углов сдвига фаз при наличии флуктуации сдвига фаз между сигналами промежуточной частоты происходит эффективное усреднение измеряемой величины. Например, при среднем значении измеряемого угла сдвига фаз, равном нулю, импульсы на выходах элементов И 5 и 6 практически полностью взаимно вычитаются, в результате чего средняя частота счетных импульсов на втором входе электронно-счетного частотомера 13 близка к нулю.

Емкость реверсивного счетчика 11 выбирается с учетом максимально возможных флуктуации фазы сигналов промежуточной частоты.

Нахождение реверсивного счетчика преимущественно в состоянии А1 или А2 определяет знак измеряемого угла сдвига фаз. С целью индикации знака выходные сигналы дешифратора 10 подаются на блок 7 определения знака, в качестве которого может быть использован, например, RS-триггер, выходы которого подключены к устройству индикации, например, светодио- дам или светодиодной матрице.

Однозначность определения угла сдвига фаз предлагаемым устройством сохраняется при произвольном нарушении (сбое) фазы коммутации счетных Т-триггеров 2 и 3. В этом случае на индикаторе частотомера 13 5 измеряемый угол Су после сбоя может принять значение 360 -Ц, однако одновременно знак, определяемый блоком 7, изменяется на противоположный.

10 Формула изобретения

Фазометрический преобразователь электронно-счетного частотомера, содержащий электронно-счетньй частото15 мер, двухканальный преобразователь частоты, синхронизирующим входом соединенный с высокочастотным выходом электронно-счетного частотомера, два Т-триггера, подключенных к выходам

20 двухканального преобразователя частоты, и первый элемент И, о т л и- чающийся тем, что, с целью повышения точности при измерении малых значений угла сдвига фаз и полу5 чения информации о его знаке в широком диапазоне частот, он снабжен асинхронным 1К-триггером, вторым элементом И, двумя коммутаторами, элементом ИЛИ, реверсивным счетчиком,

0 дешифратором и блоком определения

знака, причем выход первого Т-триггера подключен кJ -входу, а второго - к К-входу асинхронного ЗХ-триггера, выходы которого соединены соответст5 венно с первыми входами элементов И, вторые входы которых соединены с высокочастотным выходом электронно- счетного частотомера, третьи - соответственно с прямым и инверсным выхо0 дами второго Т-триггера, а выходы через коммутаторы соединены соответственно с суммирующим и вьмитающим входами реверсивного счетчика, а также с входами элемента ИЛИ, выход ко5 торого соединен с первым входом

электронно-счетного частотомера, второй вход которого соединен с прямым выходом второго Т-триггера, при этом информационный выход реверсивного

0 счетчика соединен с входом дешифратора, выходы которого соединены с входами коммутаторов и блока определения знака.

г

Редактор Е. Копча

Составитель М. Катанова

Техред 3.Палий Корректоре Шекмар

Заказ 903/53 Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

(риг. 2

Изобретение относится к технике злектрорадиоизмерений и может быть Ф«./ использовано при разработке фазоиз- мерительных устройств. Цель изобретения - повьшение точности при измерении малых значений угла сдвига фаз и получение информации о знаке в широком диапазоне частот. Устройство содержит двухканальный преобразователь 1 частоты, Т-триггеры 2 и 3, асинхронный 1К-триггер 4, элементы 5 и 6 И, блок 7 определения знака, коммутаторы 8 и 9, дешифратор 10, реверсивный счетчик 1I, элемент I2 ИЛИ и электронно-счетный частотомер 13. В описании приведены временные диаграммы, пояснянщие работу устройства. 2 ил.