Стохастический стробоскопический измеритель разности фаз Советский патент 1988 года по МПК G01R25/00 

СО

ел

со

Изобретение от носится к технике измерения электрических величин и может быть использовано в фазометрах, работающих в широкой частотной обла- стй.

Цель изобретения - расширение частотного диапазона измерения сдвига фаз в область нижних частот и повышение точности измерений.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - структурная схема блока временной задержки.

Стохастический стробоскопический измеритель разности фаз содержит первый стробоскопический преобразователь 1, соединенный управляющим входом с выходом генератора 2 строб-импульсов, и второй стробоскопический преобразователь 3, а также блок 4 временной задержки импульсов, входом подключенной к выходу генератора 2 строб-импульсов, а выходом - к управляющему входу второго стробоскопического преобразователя 3, выходом подключенного к входу регулируемого усилителя 5, выход которого соединен с входом первого пикового детектора 6 и вычитающим входом первого суммато- ра 7, а выход второго пикового детектора соединен с вычитающим входом второго сумматора 8, выходом соединенного с управляющим входом регулируемого усилителя, а суммирующим входом - с выходом второго пикового детектора 9, вход которого соединен с выходом первого стробоскопического преобразователя, и суммирующим входом первого сумматора, выходом последова- тельно соединенного с третьим пиковым детектором 10 и первым входом блока 11 деления, второй вход которого через усилитель 12 подключен к выходу второго пикового детектора, а выход блока деления через интегратор 13 подключен к управляющему входу блока временной задержки импульсов.

В качестве первого и второго стробоскопических преобразователей и ге- нератора строб-импульсов можно использовать аналогичные блоки фазометра ФК2-12.

Блок временной задержки (фиг. 2) содержит RS-триггер 14, на S-вход которого поступает сигнал с генератора 2, а выход соединен с входом генератора 15 пилообразного напряжения, выполненного на интеграторе с разрядным ключом, выход генератора 15 соединен с одним-входом компаратора 16, на другой вход которого поступает выходное напряжение интегратора 13, а к выходу компаратора подключен од- новибратор 17, выходом соединенный с управляющим входом второго стробоскопического преобразователя 3, а также с Ервходом RS-триггера 14 и разрядным ключом генератора пилообразного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Входные сигналы U, и U, сдвинутые по фазе на угол ср, поступают на входы первого 1 и второго 3 стробоскопических преобразователей соответственно. Пусть Uo, А sincot, sin{cOt+Cf), где А и В - амплитуды сигналов; со - круговая частота.

Входные сигналы стробируются преобразователями 1 и 3 стохастически в моменты времени t (,2,3,..), поскольку частота генератора 2 строб- импульсов не синхронна с частотой входных сигналов. На выходе преобразователя 1 сигнал имеет виЯ U, А sinut;, а на выходе npeo6pa3OBate- ля 3 - вид sin(coti-(,)+cf), где Cj - сдвиг фаз между сфробирующими импульсами, реализуемый блоком 4 временной задержки, причем

V 4,.. ( )

где К - коэффидаент пропорциональности, определякяцийся параметрами блока 4; U,j- выходное напряжение интег-

ратора 13.

Напряжение U, поступает на вход регулируемого усилителя 5, на уп- равлякиций вход которого подается сигнал ошибки U А-А , где А - амплитуда сигнала U, , выделенная вторым пиковым детектором 9, А - амплитуда сигнала и, действующего на выходе регулируемого усилителя 5, выделенная первым пиковым детектором 6.

При этом коэффициент передачи усилителя 5 изменяется под действием сигнала ошибки Ь. таким образом, что сводит этот сигнал ошибки к нулю. Поэтому и..А sin(cjt; -9+cf), т.е. в результате действия сигнала обратной связи {сигнала ошибки) амплитуда сигнала на выходе регулируемого усилителя 5 становится равной амплитуде

3141

сигнала на выходе первого стробоскопического преобразователя I, На выходе первого сумматора 7 выделяется разность напряжений U, и Uj-: 1), sinot;-А sin(tot.|-(+с) или

sin(| - )cos((;)t; + | - |. ), где выражение

2А sinf - р

цредставляет собой амплитуду сигнала U. .

Указанное напряжение выделяется на выходе третьего пикового детектора 10:

.и,,2А sin(|-|),

и поступает на вход блока I1 деления в качестве делимого, а делителем служит усиленное вдвое усилителем 12 напряжение амплитуды сигнала с выхода второго пикового детектора 9 (, и,2.2А). Тогда напряжение на выходе блока депения

т, Uio -o-;nf « - ОТг -

и напряжение на выходе интегратора I3

U,,K,,sin(. ),

где K,,j- коэффициент передачи интегратора 13. Учитывая (1), можно записать

U,,K,,sin(- SlUlt).

При малых значени ях аргумента синуса

тт -к- ( ,з

,, (j-;.

или

/ 2ЩК

Поскольку коэффициент передачи интегратора 13 может быть достаточно большим (с достаточной для практики точностью можно считать, что K,)j имеем Ч /Кц.

Следовательно, выходное напряже- йие интегратора 13 с точностью до постоянного коэффициента 1/К, равно

9 .

сдвигу фаз между входными напряжениями Up, и UQ .

Блок 4 временной задержки работает следующим образом. При постзшле- нии от генератора 2 строб-импульсов очередного импульса RS-триггер 14 устанавливается в состояние логической единигу 1 и на выходе генератора 15

пилообразного напряжения начинает формироваться линейно изменяющееся напряжение. В момент сравнения этого напряжения с выходным напряжением интегратора 13 компаратор 16 выдает

перепад, запускающий одновибратор 17, который своим выходным импульсом устанавливает RS-триггер 14 в исходное состояние, разряжает накопительный конденсатор генератора 15 пилообразного напряжения и запускает второй стробоскопический преобразователь 3.

По сравнению с известным предлагаемое устройство позволяет измерять разность фаз в широкой частотной области - от единиц герц до единиц гигагерц. Расширение частотной области в сторону низких частот позволяет расширить функциональные возможности устройства. Кроме того, устройство не

требует применения нестабильной системы фазовой автоподстройки, что позволяет повысить точность измерений.

Формула изобретения

Стохастический стробоскопический измеритель разности фаз, содержащий первый стробоскопический преобразователь, соединенный управляюшим входом с выходом генератора строб-импульсов, и второй стробоскопический преобразователь, отличающий- с я тем, что, с целью расширения чат стотного диапазона измерения сдвига

фаз в область нижних частот и повышения точности измерений, он .снабжен блоком временной задержки импульсов, регулируемым усилителем, первьм, вторым и третьим пиковыми детекторами,

первым и вторым сумматорами, усилителем, блоком деления и интегратором, причем блок временной задержки входом подключен к выходу генератора строб- импульсов, а вьгходом - к отравляющему

входу второго стробоскопического преобразователя, выходом подключенного к входу регулируемого усилителя,выход которого соединен с входом первого пикового детектора и вычитающим

входом первого сумматора, а выход пикового детектора соединен с вычитающим входом BTOJJoro сумматора, выходом соединенного с управляющим входом регулируемого усилителя, а суммирующим входом - с выходом второго пикового детектора, вход которогб соединен с выходом первого стробоскопического преобразователя и суммирующим о

входом первого сумматора, выходом последовательно соединенного с третьим пиковым детектором и первым входом блока деления второй вход которого через усилитель подключен к выходу второго пикового детектора, а выход блока деления через интегратор подключен к управляющему входу блока временной задержки импульсов.

Изобретение может быть использовано в фазометрах, работакицих в широкой частотной области Стохастический стробоскопический (СС) измеритель разности фаз содержит СС преобразователь 1, 3, генератор 2 строб-импульсов, блок 4 временной задержки импульсов, регулируемый усилитель 5, пиковые детекторы 6, 9, 10, сумматоры 7, 8, блок П деления, усипитель 12, интегратор 13. Стохастический СС измеритель имеет расширенный частотный диапазон измерения сдвига фаз в область нижних частот и повышенную точность измерений. 2 ил. § (Л

От 6flOHQ Z

Фиг2