Цифровой фазометр Советский патент 1991 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения сдвига фаз между двумя напряжениями синусоидальной формы.

Целью изобретения является повышение точности измерения фазового сдвига.

На фиг. 1 приведена структурная схема цифрового фазометра; на фиг. 2 - диаграммы напряжений, поясняющие работу цифрового фазометра.

Цифровой фазометр содержит входные шины 1 и 2, шину 3 запуска, усилители-ограничители 4 и 5, основные выходы которых подключены к соответствующим входам фазового детектора 6 с запоминанием знака, а инверсные выходы - к соответствующим входам фазового детектора 7 с запоминанием знака. Выходы фазового детектора 6 соединены соответственно с первыми входами элементов И 8 и 9, а выходы второго фазового детектора 7 соединены соответственно с первыми входами элементов И 10 и 11. Вторые входы элементов И 8-11 соединены с выходом селектора 12 импульсов. Выходы реверсивных счетчиков 13 и 14 соединены со входами сумматора 15. Выходы элементов И 8 и 9 соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 14. Выходы элементов И 10 и 11 соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 13. Выход генератора 16 соединен с первым входом селектора 12 импульсов, выход которого через последо- ательно соединенные делитель 17 и триггер 18 подключен к второму входу селектора 12. Шина 3 запуска соединена с установочными входами реверсивных счетчиков 13 и 14 и триггера 18.

Цифровой фазометр работает следующим образом.

Запускающее напряжение через шину 3 открывает триггер 18 и в счетчики 13 и 14

(Л

С

о

СО СО

00 ON

записывается цифровой код, соответствующий половине максимального числа объема счетчика. На выходе сумматора 15 после предварительной записи будет сформировано число, которому ставится в соответствие фазовый сдвиг, равный 0°. Триггер 18 по сигналу с делителя 17 управляет селектором 12, который открывается на периодически повторяющиеся интервалы времени Тч, соответствующие длительности времени измерения сдвига фаз. Селектор 12 в течение измерительного времени Ti пропускает импульсы генератора 16

Ti miTo,

где mi - коэффициент деления делителя 17 частоты;

Ti - заданный промежуток времени;

То - период следования счетных импульсов с генератора 16.

Формирование импульсов, соответствующих сдвигам фаз между исследуемыми синусоидальными сигналами (фиг. 2, а, б), производится следующим образом.

Исследуемые напряжения поступают на входы усилителей-ограничителей 4 и 5 (фиг. 2 а, б) и преобразуются в прямоугольные импульсы положительной полярности, соответствующие по длительности положительным (фиг. 2 в, г) и отрицательным {фиг. 2 д, е) полуволнам исследуемых напряжений.

Усилители-ограничители 4 и 5 имеют основные и инверсные выходы. Фазовыми детекторами 6 и 7 с запоминанием знака, срабатывающими по фронту, прямоугольные импульсы (фиг.2 в,г,д,е)- преобразуются в импульсы, соответствующие по длительности сдвигам фаз между исследуемыми напряжениями. (Выполнение фазовых детекторов 6 и 7 см. в кн.: У.Титце и К.Шенк. Полупроводниковая схемотехника. М,; Мир, 1982, с. 493-495). На первых выходах фазовых детекторов 6 и 7 формируются импульсы (фиг. 2, ж, и), если исследуемое напряжение, поступающее на усилитель- ограничитель 4, опережает по фазе напряжение, поступающее на вход усилителя-ограничителя 5. На вторых выходах фазовых детекторов 6 и 7 формируются импульсы (фиг. 2 з, к), если исследуемое напряжение, поступающее на усилитель-ограничитель 4, отстает по фазе от напряжения, поступающего на вход усилителя-ограничителя 5. Импульсы с выходов фазового детектора 6 (фиг. 2 ж, з) поступают на входы элементов И 8 и 9, Импульсы с выходов фазового детектора 7 (фиг. 2. и, к) поступают на элементы 10 и 11 И.

В течение времени измерения лвантую- щие импульсы генератора 16 через селектор 12 поступают на входы элементов И 8-11. Пачки квантующих импульсов с выходов

элементов И 8 и 9 поступают на суммирующий и вычитающий входы счетчика 14. Пачки квантующих импульсов с выходов элементов И 10 и 11 поступают на суммирующий и вычитающий входы счетчика 13.

0 Таким образом, на выходах реверсивных счетчиков 13 и 14 в цифровом коде будет формироваться информация о линейной области измерения фазы 0-360°. Следует отметить, что на выходе реверсивного

5 счетчика 14 формируется цифровое число, соответствующее измеряемому сдвигу фаз в диапазоне 0-360°, по переходам измеряемых синусоидальных сигналов в усилителях- ограничителях 4 и 5 через нуль в положи0 тельном направлении, а на выходе реверсивного счетчика 13 - в отрицательном направлении. Так как сумматором 15 производится суммирование выходной цифровой информации счетчиков 13 и 14, то очевидно,

5 что выходная информация сумматора 15 не будет зависеть от уходов нулевых линий усилителей-ограничителей 4 и 5 из-за суммирования информации при переходах входных сигналов через нуль в усилителях-ограничи0 телях 4 и 5 в положительном и отрицательном направлениях. Уход нулевых усилителей 4 и 5 не приводит к ошибке измерения и при измерении фазовых сдвигов, близк к 0°, так как в данном случае корот5 кие импульсы, пропорциональные относительной величине ухода от нулевых линий усилителей-ограничителей 4 и 5, формируются на перекрестных выходах фазовых детекторов 6 и 7. При этом счетные импульсы

0 в течение длительности коротких импульсов поступают через элемент И 8 на суммирующий вход счетчика 14 и через элемент 11 на вычитающий вход счетчика 13, если абсолютный уход нулевой линии в усилите5 л е-огран ичител е 4 больше, чем в усилителе- ограничителе 5. Если, наоборот, абсолютный уход нулевой линии в усилителе-ограничителе 4 меньше, чем в усилителе-ограничителе 5, то счетные им0 пульсы в течение длительности коротких импульсов поступают через элемент И 10 на суммирующий вход счетчика 13 и через элемент И 9 на вычитающий вход счетчика 14. Очевидно,что как в первом,так и во втором

5 случае в информации сумматора 15 указанные ошибки будут отсутствовать.

В цифровом фазометре повышается точность измерения фазового сдвига при флуктуациях фазы вблизи нулевого фазового сдвига за счет усреднения результатов

измерения, а также компенсации ухода нулевых линий усилителей-ограничителей за счет введения предварительной записи и регистрации ошибок с разными знаками с последующим вычитанием.

Формула изобретения Цифровой фазометр, содержащий два усилителя-ограничителя, первый элемент И, один вход которого соединен с выходом селектора и входом делителя частоты, а выход - с первым входом первого реверсивного счетчика, вход установки которого подключен к входу триггера и шине запуска, выход делителя частоты подключен к второму входу триггера, соединенного выходом с первым входом селектора, второй вход которого соединен с выходом генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения фазового сдвига, в него введены два фазовых детектора с запоминанием знака, второй, третий и четвертый элементы И, второй реверсивный счетчик и сумматор, причем оснопмMr- выходы усилителей-ограничителей подкшо чены ко входам первого, а инверсные выхо ды - к входам второго фазовых детекторов

с запоминанием знака, выходы первого Фазового детектора с запоминанием знака со единены соответственно со вторым входом первого и первым входом второго элементов И, выход второго элемента И соединен

со вторым входом первого реверсивного счетчика, а выходы второго фазового детектора с запоминанием знака соединены соответственно с первыми входами третьего и четвертого элементов И, выходы которых

соединены соответственно с первым и вторым входами второго реверсивного счетчика, установочный вход которого соединен с шиной запуска, а выход - с первыми входами сумматора, вторые входы которого соединены с выходом первого реверсивного счетчика, а выход селектора соединен со вторыми входами второго, третьего и четвертого элементов И.

Изобретение относится к устройствам для измерения сдвига фаз синусоидальных сигналов. Цель - повышение точности измерения сдвига фаз. Устройство содержит входные шины 1 и 2, шину запуска 3, усилители-ограничители 4 и 5, фа зовые детекторы 6 и 7 с запоминанием знака, элементы И 8-11, селектор 12 импульсов, реверсивные счетчики 13 и 14, сумматор 15, генератор 16, делитель 17 частоты и триггер 18. Цель изобретения достигается путем компенсации ухода нулевых линий введением предварительной записи в реверсивные счетчики и регистрации ошибок с разными знаками с последующим вычитанием. 2 ил

сркг. 1