Фазометр Советский патент 1992 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и предназначено для измерения фазовых сдвигов, в частности фазовых флюктуации.

Известен фазометр, содержащий в каждом из двух каналов последовательно соединенные усилитель-ограничитель и делящий триггер, общий для двух каналов измерительный триггер, входы которого соединены с выходами делящих триггеров, а его выход - с входом индикатора, а также фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу измерительного триггера, выход фильтра соединен с первыми входами пороговых блоков, а вторые из входов с выходом генератора импульсов, при этом выходы пороговых блоков соединены со счетным входом делящего триггера одного из каналов.

Однако наличие запасных участков на кралх шкалы индикатора, в которые перебрасывается стрелка измерительного прибора при.изменении фазовых сдвигов, ухудшает помехоустойчивость и не устраняет полностью зоны неустойчивых показаний.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является фазометр, содержащий в обоих каналах последовательно соединенные ограничитель и формирователь, во втором канале, кроме того, триггер со счетным входом, а также элемент И, измерительный триггер, входь которого соединены с выходами формирователей, и индикатор, вход которого соединен с выходом измерительного триггера, а также ключевые элементы, которые подключены к выходу формирователя одного из каналов один непосредственно, а другой - через инвертор, выход элемента И соединен со счетным входом дополнительного триггера, соединенного своими потенциальными выходами с управляющими входами ключевых элементов, при этом вход другого канала соединен со входом дополнительного ограничителя, выход которого соединен со вторым входом элемента И.

На краях шкалы также имеются запасные участки, а также две переключаемые шкалы отсчета, что затрудня.ет цифровую индикацию, так как длительность импульса на выходе измерительного триггера непропорциональна разности фаз. соответствующей показаниям индикатора в дополнительных зонах. Кроме этого, необходимость следить за тем, какая из двух шкал является рабочей в данный момент времени,повыщает вероятность ошибки при отсчете фазовых углов гз дополнительных

зонах, а это эквивалентно наличию зон неустойчивых показаний.

Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени измерения за

счет устранения неустойчивых показаний.

Указанная цель достигается тем, что в фазометр, содержащий в первом и втором канале соединенные последовательно ограничитель и формирователь коротких импульсов на выходе - измерительный триггер, интегратор, ключевое устройство, первый вход которого соединен с выходом интегратора, а выход с индикатором, введены последовательно соединенные дополнительный формирователь коротких импульсов, инвертор, дополнительный измерительный триггер, интегратор и сумматор, выход которого соединен со вторым входом ключевого устройства, источник

0 опорного напряжения и двухпороговый компаратор с гистерезисом, входы которого соединены с первым и вторым выходом источника опорного напряжения, а выход с управляющим входом ключевого устройст-.

5 ва, при этом вход дополнительного формирователя коротких импульсов подключен к выходу ограничителя первого канала, второй вход дополнительного измерительного триггера соединен с выходом формирователя коротких импульсов второго канала, а второй вход сумматора соединен с третьим выходом источника опорного напряжения.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство

5 отличается наличием новых блоков; дополнительного формирователя, двухпорогового компаратора с гистерезисом, сумматора, двух интеграторов и их связями с остальными блоками фазометра.

0Таким образом, заявляемое устройство

соответствует критерию изобретений новизна, сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области тех5 НИКИ не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствий критерию существенные отличия,

0На чертеже приведена структурная схема предлагаемого фазометра.

Фазометр содержит в первом и втором канале ограничители 1 и 2, далее последовательно включены формирователи 3 и 4 коротких импульсов, измерительный триггер 5, интегратор 6, ключевое устройство 7 и индикатор 8, Кроме того, фазометр содержит последовательно соединенные дополнительный формирователь 9, инвертор 10, дополнительный измерительный триггер

11, второй интегратор 12 и сумматор 13, выход которого соединен с вторым входом ключевого устройства 7, источник 14 опорного напряжения и двухпороговый компаратор 15 с гистерезисом, группа входов которого соединена с первым и вторым выходами источника И опорного напряжения, другая группа с выходом сумматора 13, а выход - с управляющим входом ключевого устройства 7, при этом вход дополнительного формирователя 9 подключен к выходу ограничителя 1 первого канала, второй вход дополнительного измерительного триггера соединен с выходом формирователя коротких импульсов 4 второго канала, а второй вход сумматора 13 соединен с третьим выходом источника опорного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы, поступающие на первый и второй входы устройства, ограничиваются по амплитуде ограничителями 1 и 2, а формирователи 3 и 4 формируют на своих выходах короткие импульсы положительной полярности в момент перехода через нуль входных сигналов, причем только в момент перехода сигнала из отрицательной области в положительную эти короткие импульсы поступают на соединенные последовательно измерительный триггер 5 и интегратор 6, напряжение на выходе которого равно нулю при сдвиге фаз у между измеряемыми сигналами ур 0 и линейно возрастает до максимального значения UMBKC при (р 360°. При дальнейшем увеличении фазового угла процесс повторяется.

Одновременно дополнительный формирователь 9 формирует импульсы отрицательной полярности при переходе сигнала первого канала из положительной области в отрицательную. Инвертор 10 преобразует полярность короткого импульса. Таким образом, на первом входе дополнительного измерительного триггера 11 присутствуют короткие импульсы, сдвинутые по фазе относительно первого входа измерительного триггера 5 на угол (р 180°. На выходе интегратора 12 напряжение будет равно нулю при сдвиге фаз между входными сигналами на угол (fi 180°и максимально при + 360°. При этом максимальные значения напряжения на выходе интеграторов 6 и 12 совпадают, но при значениях фазового сдвига, отличающихся на 180°. Источник опорного напряжения 14 на своих выходах имеет напряжения,пропорциональные значениям фазового угла на первом выходе у) 400°, на втором (р 270° и на третьем 180°. Двухуровневый компаратор 15 постоянно сравнивает напряжение на выходе сумматора 13 с опорным напряжением на первом и втором выходах источника опорного напряжения 14.

5Напряжение на выходе сумматора 13

будет линейно возрастать от значения имакс/2 при сдвиге фаз между измеряемыми сигналами 180° до значения Зимакс/2 при 180°+ 360°.

0Таким образом, в каждый момент времени напряжения на выходе интегратора 6 и сумматора 13 точно соответствуют фазовому сдвигу между сигналами и отличаются на значение имакс/2, причем флюктуации

5 сдвига фаз вызывают идентичные отклонения на обоих входах ключевого устройства 7. Ключевое устройство подключает вход индикатора 8 к выходу интегратора 6 при сигнале логического нуля на управляющем

0 входе и к выходу сумматора 13 при сигнале логической единицы.

Двухпороговый компаратор 15 вырабатывает на своем выходе сигнал логического нуля при напряжении на выходе

5 сумматора 13, соответствующем сдвигу фаз 0° |/х270° и f 400° и напряжение логической единицы в диапазоне 270° 400°. При изменении угла (р в диапазоне до ух270° индикатор 8 подключен к выходу интегратора 6, при значении происходит переключение на выход сумматора 13, однако изменения показаний оператор не видит, так как напряжения на выходах обоих устройств в диапазоне углов 180°

5 точно совпадают. При увеличении 360° напряжение на выходе интегратора 6 падает до нуля и снова начинает возрастать, показания индикатора 8 в точке 360° не изменяются, так как он уже подключен к

0 выходу сумматора 13. При дальнейшем увеличении фазового угла до 400° компаратор 15 вырабатывает сигнал логического нуля и индикатор 8 подключается к выходу интегратора 6, напряжение на выходе которого соответствует фазовому углу . Такой алгоритм работы переключателя обеспечивает подключение ic индикатору той из цепей, в которой неустойчивые процессы, связанные с близким по времени

0 приходом двух импульсов на входе триггеров 5 и 11, невозможны. Таким образом устраняются неустойчивые показания фазометра при значениях фазового угла,близких к О или 360°.

5Гистерезис, веденный в компаратор 15,

дополнительно повышает устойчивость схемы при фазовых флюктуациях. Значения сдвига фаз от 360 до 400° имеют смысл значений от О до 40°, при использовании

стрелочного индикатора это учитывается соответствующей разметкой сигналы. Такое исполнение фазометра обеспечивает отсчет фазовых углов по одной шкале без дополнительной индикации зон, переключения подсветки шкал. Это позволяет за счет ликвидации зон неустойчивых показаний существенно сократить время, затрачиваемое на измерение среднего значения фазового угла в условиях фазовых флюктуации, что эквивалентно повышению точности измерения.

Наиболее полно преимущества предлагаемого фазометра проявляются при использовании в качестве индикатора 8 линейно-дискретного отсчетного устройства, имеющего вьюокое быстродействие.

Формула изобретения Фазометр, содержащий в первом и втором каналах последовательно соединенные ограничитель и формирователь коротких импульсов, а также первый измерительный триггер, ключевое устройство и индикатор, причем R-вход измерительного триггера соединен с выходом формирователя коротких импульсов первого канала, отличающийся тем, что, с целью повышения

точности и сокращения времени измерения путем устранения неустойчивых показаний, в него введены первый интегратор, последовательно соединенные дополнительный формирователь коротких импульсов, инвертор, второй измерительный триггер, второй интегратор и сумматор, выход которого соединен с вторым входом ключевого устройства, первый вход которого через первый интегратор соединен с выходом первого измерительного триггера, источник опорного напряжения и двухуровневый компаратор с гистерезисом, группа входов которого соединена с первым и вторым выходами источника опорного напряжения, другая группа с вйходом сумматора, а выход - с управляющим входом ключевого устройства, при этом вход дополнительного формирователя коротких импульсов подключен к выходу ограничителя первого канала, S-вход второго измерительного триггера соединен с выходом формирователя коротких импульсов второго канала и S-входом первого измерительного триггера, а второй вход сумматора соединен с третьим выходом источника опорного напряжения, при этом выход ключевого устройства соединен с входом индикатора.

Использование; фазоизмерительная техника. Измерение фазовых сдвигов в пределах 0-360°С. Сущность изобретения: устройство содержит: два ограничителя 1 и 2, три формирователя 3,4,9 коротких импульсов, два измерительных триггера 5 и 11, два интегратора 6 и 12, ключевое устройство 7, индикатор 8, инвертор 10, сумматор 13, источник 14 опорного напряжения, двухпороговый компаратор 15 с гистерезисом. 1 ил.