Цифровой фазометр Советский патент 1990 года по МПК G01R25/00 

0L/e. 1

{Рэобретение относится к электро измерительной технике и может быть использовано для измерения сдвига фаз между двумя напряжениями синусоидальной (}юрмы.

Цель изобретения - повьпиение точности измерения фазовых сдвигов.

На фиг.1 приведена структурная схема цифрового фазометра; на фиг.2 - 4 - диаграммы нап1)яжений,поясняющие работу цифрового фазометра.

Цифровой фазометр состоит из формирователя 1, имеющего первую 2 и вторую 3 входные шины и первую 4 и вторую 5 выходные шины, которые соответственно через элементы И 6 и 7 и счетчики 8 и 9 подключены к входам сумматора 10, при этом вторые входы элементов И б и 7 объединены и подключены к клемме 11 калиброванного временного интервала, а третьи входы соединены с клеммой 12 счетных импульсов, шина 13 сигнала сброса подключена к входам установки счетчиков 8 и 9, а формирователь состоит из усилителей-ограничителей 14 и 15, входы которых подключены соответственно к шинам 2 и 3,основные выходы усилителей-ограничителей 14 и 15 подключены к входам фазового детектора 16 с запоминанием знака, срабатывающего по фронту, выходы которого через элемент И-НЕ 17 подклю- чеды к шине 4, а инверсные выходы усилителей-ограничителей 14 и 15 подключены к входам фазового детектора 18 с запоминанием знака, срабатывающего по фронту, выходы которого через элемент И-НЕ 19 подключены к шине 5.

Цифровой фазометр работает следующим образом.

Перед началом измерения записанная в счетчиках В и 9 информация стирается посредством подачи на их установочные входы через шину 13 импульса сброса. Синусоидальные напряения (фиг.2,3,4 а,б) через входные шины 2 и 3 поступают на входы усилителей-ограничителей 14 и 15 Формирователя 1. На усилители-ограничители 14 и 15 поступают синусоидальные напряжения, при переходе значений напряжений входных сигналов через нуль в положительном направлении формируются положительн1 1е импульсы, соответствующие по длительности положительным полуволнам гармонических

59

599795

10

fS

сигналов (фиг.2,3,4 в,г), формируемых на их основных выходах.Цри этом на инверсных выходах усилителей-ограничителей 14 и 15 формируются положительные импульсы (фиг.2,3,4 д,е) соответствующие по длительности otpи- Цательным полуволнам гармонических сигналов (фиг.2,3,4 а,б).

При поступлении на входы фазового детектора 16 импульсов (фиг.2,3, 4 в,г) на его первом и втором выходах формируются напряжения (Лиг.2, 3,4 ж,з), которые поступают на входы элемента И-НЕ 17, на выходе которого (Фиг.2,3,4 л) формируются импульсы положительной полярности, по длительности пропорциональнь е измеряемым сдвигам Фаз (Фиг,2 if ,фиг.З - 315 ). Как видно из диаграмм, диапазон Формируемых импульсов (Фиг.2,3,4 л) соответствует диапазону изменения сдвига Фаз от О до 360. Импульсы,Формируемые на выходе элемента И-НЕ 17, соответствуют по длительности сдвигам фаз между исследуемыми сигналами при переходе их через нуль в отрицательном направлении.

При поступлении на входы Фазового детектора 18 импульсов (фиг.2,3, 4 д,е) на его первом и втором выходах формируются напряжения (фиг.2,3, 4 и,к), которые поступают на входы 33 элемента И-НЕ ,9, на выходе которого

20

25

30

5

(Фиг.2,3,4.м) формируются импульсы положительной полярности, по длительности пропорциональные измеряемым сдвигам фаз при переходе синусоидаль40 ных напряжений через нуль в положительном направлении. При этом диапазон Формируемых импульсов (Фиг.2 3 4 м) соответствует диапазону изме- нения сдвига фаз от О до 360.

Таким образом формирователь 1 является двухполупериодным преобразователем сдвига фаз между синусоидапь- ными сигналами в длительность импульсов, которые формируются на первом

0 выходе формирователя 1 (шина 4) при переходе гармонических сигналов через нуль в отрицательном направлении и на втором выходе формирователя 1 (шина 5) при переходе гармонических 5 сигналов через нуль в положительном направлении при изменении сдвига фаз между исследуемыми сигналами в диапазоне от О до 360 Если гармонический сигнал, поступающий на шину

2, отстает по (Ьазе от сигнала,поступающего на шину 3, то импульсы,соответствующие изменению сдвига фаз,сЬор мируются на вторых выходах фазовых детекторов 16 и 18 (Лиг.2,3,4 з,к), а не на первых (фиг.2,3,4 ж,и). При этом длительность импульсов пропорциональна изменениям сдвига сЬаз.Импульсы с выходов формирователя 1 (шины 4 и 5) поступают на первые входы элементов И 6 и 7, на вторые входы которых подается их-шульс калиброванного временного интервала, а на третий - счетные импульсы. Таким образом, за время измерени я, равное длительности импульса калиброванного интервала времени, на входы счетчиков 8 и 9 поступают пачки счетных импульсов (фиг.2,3,4 н,о). На счетчи 8 поступают пачки счетных импульсов за временной интервал сдвига фаз, сформированный при переходе синусоидальных сигналов через нуль в отрицательном направлении, на счетчик 9. - в положительном направлении. Информация, формируемая на выходах счетчиков 8 и 9, суммируется су 1матором 10 (фиг.2,3,4 п) и не зависит от уходов нулевых линий усилителей-ограничителей 14 и 15 формирователя 1. Частота следования счетных импульсов как при измерении сдвигов Лаз от О до 180, так и при измерении от 180 до 360 одинакова и может быть выбрана максимально высокой. При использовании при реализации схемы предлагаемого цифрового фазометра логических микросхем одной серии (требования серийного производства) для функционирования счетчиков 8 и 9 необходимо использовать импульсы счета длительностью не менее трех задержек логических элементов микросхем. Поэтому импульсы переходов, формируемые на выходах формирователя 1 (Лиг.2,3 з,к) длительность которых меньше или равна одной задержке логических элементов микросхем, на функционирование счетчиков 8 и 9 не влияют и, следовательно, не влияют на точность измерения фазовых сдвигов.

На фиг.4 приведены диаграммы напряжений, поясняющие рабо.ту предлагаемого цифрового фазометра при флюктуа- циях фазы входного синусоидального сигнала, поступающего на второй вход Фазометра (щина 3), т.е. при работе при малых отношениях сигнал/шум.

10

5

0

5

0

5

0

15

0

5

например, на измерительном (шина 3) входе цифрового Фазометра. Очевидно, что его работа при флюктуациях фазы ничем не отличается от ранее рассмотренной. Отличие диаграммы напряжений фиг.4 от диаграмм напряжений фиг.2,3 заключается лшяь в том,что появляются в течение времени измерения импульсы, соответствующие сдвигам (Ьаз и на вторых выходах фазовых детекторов 16 и 18 (фиг.4 з,к). -Из диаграмм напряжений фиг,4 следует, что за время измерения (Т) на выходе сумматора 10 формируется цифровое число, пропорциональное суммарной длительности импульсов, формируемых на выходах формирователя 1 (фиг. 2 л,м) и равное, например, величине А. Если бы сигнал на втором входе Формирователя 1 не флюктуировал, то при фактическом сдвиге фаз между сигналами, например, в 90 , цифровое число на выходе сумматора 10 было бы равно величине Б для времени измерения Т . Разность величин (Б-А) определяет ошибку усреднения измерения сдвига фаз данным методом. Чем меньше разность (Б-А), тем меньше ошибка усреднения, тем точнее цифровой Фазометр.

Цифровой фазометр может быть использован для построения измерителей дальности с фазовыми методами измерения, т.е. при измерении отношения си гнал/шум на его входах в зависимости от относительной дальности между измерителем и объектом с целью повышения точности измерения координат объекта на более удаленных расстояниях.

Предлагаемый цифровой Фазометр по сравнению с прототипом позволяет повысить точность за счет увеличения количества усредняемой информации за то же время измерения.

Формула изобретения

1. Цифровой фазометр, содержащий формирователь, первый и второй элементы И и счетчик, при этом первый и второй выходы формирователя подключены к первым входам соответс твен-- но первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены с клеммой калиброванного временного интервала, третьи - с клеммой счетных импульсов, а выход первого элемента

и соединен с входом счетчика,вход сброса которого подключен к шине сброса, отлимающийся тем, что, с целью повышения точности измерения фазового сдвига, в него введены второй счетчик и сумматор, при

этом выход второго элемента И соединен с входом второго счетчика,вход сброса которого подключен к шине сброса, а выходы первого и второго

.счетчиков соединены с входами сумма|Тора.

|,

I 2. Фазометр по п.1, отличаю |Щ и и с я тем, что формирователь ;состоит из двух усилителей-ограничи

8

10

).5

телей, двух фазовых детекторов с запоминанием знака и двух элементов И-ПЕ, при этом первьш выход первого усилителя-ограничителя соединен с первым входом первого фазового детектора с запоминанием знака, второй вход которого соединен с первым выходом второго усилителя-ограничителя, а выходы с входами первого элемента И-НЕ, второй выход первого усилителя- ограничителя соединен с первым входом второго .фазового детектора с запоминанием знакам второй вход которого соединен с вторым выходом второго усилителя-ограничителя, а выходы - с входами второго элемента И-НЕ.

Изобретение может быть использовано в измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения фазовых сдвигов. Фазометр содержит формирователь 1, входные шины 2 и 3, выходные шины 4 и 5 формирователя, элементы И 6 и 7, счетчики 8 и 9, сумматор 10, клемму 11 калиброванного временного интервала, клемму 12 счетных импульсов, шину 13 сигнала сброса, при этом формирователь 1 содержит усилители-ограничители 14 и 15, фазовые детекторы 16 и 18 и элементы И-НЕ 17 и 19. Цель изобретения достигается путем усреднения увеличения количества усредняемой информации за то же время ширения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

лшш

ИИ

-11П МП

Фиг. г

af-JJS

JIL

JIL

дл

nilllll iliiiiiiiiiiiiiiiiiii iiiiiimmiiiiiiiiiiiiiiiiniiiiiiiiiuiHiI

iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii iiiiiinimiiiiiii iiiiiiiiiiiniiiiiiiii Iiiiiiiiiiiii

.х-.

CL

-CL

ni

iiiiliiiii

JIL

XL

JD

rzzzv:

JD

JIL

JJI

иг

л г

IL

J.,в

П

JTL

Л