Низкочастотный фазометр Советский патент 1993 года по МПК G01R25/00 

fe

Использование: радиоизмерительная техника, измерение фазового сдвига между гармоническими колебаниями. Сущность изобретения: устройство содержит: 2 формирующих устройства (1, 2) 1 RS-триггер (З). 1 генератор счетных импульсов (4), 2 временных селектора (5, б), 1 IK-триггер (7), 2О- триггера- (8, 9), 2 счетчика (10, .11), 1 источник опорного напряжения (12), 1 инвертирующий усилитель (13), 2 электронных ключа (.14, 15). 1 интегратор (16). 1 инвертирующий компаратор (17), 2 дифференцирующие цепочки (18, 19), 1 ЦАП (20), 1 элемент И (21). 2 ил.

Фиг.1

00

о

00

00

о

31810836 4

Изобретение относится к радиоизмери- входной шиной ЦАП 20, выход которого со- тельной технике и может быть использовано единен со входом электронного ключа 15. для измерения фазового сдвига между rap- Выход источника 12 опорного напряжения моническими колебаниями в области низ- соединен со входами инвертирующего уси- ких частот.5 лителя 13 и электронного ключа 14. Выходы

Цель изобретения - увеличение точно- электронных ключей 14 и 15 соединены со сти измерения фазового сдвига.входом интегратора 16, выход которого соеПоставленная цель достигается тем, что динен со входом компаратора ко- в заявляемом устройстве преобразование торого через дифференцирующую цепочку фазового сдвига осуществляется в течение 10 19 соединен с С-выходом С-триггера9. одного периода исследуемого сигнала, при-Фазометр работает следующим обра- чем интервал времени Тх, соответствующий зом. Формирующие устройства 1 и 2 выра- периоду исследуемого сигнала, заполняет- батывают короткие импульсы, ся счетными импульсами, полученный код соответствующие переходу сигналов Ui и 1)2 преобразуется в постоянное напряжение, 15 через нуль из отрицательных значений в которое является разрядным для интеграто- положительные {фиг. 2 Ui, U2). На выходе ра, а заряд интегратора происходит опор- RS-триггера З вырабатывается импульс, ным напряжением в течение интервала длительность At которого соответствует фа- времени At, соответствующего фазовому зовомуинтервалу (сдвига фаз) (фиг. 2, сдвигу Ау. 20 Us).

На фиг. 1 приведена структурная схемаС приходом импульса Пуск все тригге- фазометра, на фиг. 2 - временные дизграм- ры и счетчики устанавливаются в нулевое мы, поясняющие принцип действия. состояние (фиг. 2 U, Ua, Ug). В момент вреФазометр содержит формирующие уст- мени to (после прохождения импульса Ate ройства 1 и 2, RS-триггер З, генератор 4 25 выхода RS-триггера З на С-вход триггера 7) счетных импульсов, временные селекторы 5 JK-триггер З устанавливается в единичное и 6. J К-триггер 7, С - триггеры 8 и 9, счетчики состояние (фиг. 2, U7), временной селектор 10 и 11 импульсов, источник 12 опорного 5открывается и на вход счетчика импульсов напряжения, инвертирующий усилитель 13, 10 разрешается прохождение счетных им- электронные ключи 14 и 15, интегратор 16, 30 пульсов с генератора 4 (фиг. 2, Uio). В мо- инвертирующий компаратор 17, дифферен- мент времени ti на выходе элемента И 21 цирующие цепочки 18 и 19, цифроаналого- вырабатывается импульс, открывающий вый преобразователь (ЦАП) 20. элемент И электронный ключ 14 (фиг. 2, Uzt), подклю- 21.чая тем самым постоянное напряжение Do

Первый и второй входы фазометра че- 35 с выхода источника 12 на вход интегратора рез формирующие устройства 1 и 2 соедине- 16. На выходе интегратора 16 напряжение ны соответственно с S- и R-входами изменяется по линейному закону (фиг. 2, RS-триггера 3. Третий вход фазометра Ute). Напряжение Uo выбрано отрицатель- Пуск соединен с R-входами триггеров 7,8 ной полярности. На выходе инвертирую- и9 и счетчиков 10 и 11. Выход RS-триггера 40 щего компаратора 17 вырабатывается 3 соединен с С-входом Л -триггера7ипер- импульс отрицательной полярности (фиг. еым входом элемента И 21; выход JK-триг- 2, Ui). гера 7. соединен с С-входом С-триггера 8,

управляющим входом временного селе кто-8 момент времени t2 (no заднему фронту ра 5 и вторым входом элемента И 21, инвер- 45 импульса Us) JK-триггер 7 устанавливается тирующий выход С-триггера 8 соединен с J в нулевое состояние (фиг. 2, U). На вход и К-еходами JK-триггера 7. Инвертирующий счетчика 10 прекращается прохождение выход JK-триггерз 7 через дифференцирую- счетных импульсов с генератора 4, интегра- щую цепочку 18 соединен с S-входом С- тор отключается от источника 12. К моменту . триггера 9, выход которого соединен с 50 времени и в счетчикеЭ зафиксируется число точкой, объединяющей управляющие входы импульсов N: временного селектора 6 и электронного

ключа 15. Выход элемента И 21 соединен сN fo (ta-to) « fo Tx, (1) управляющим входом электронного ключа

-Uc

N

ж.

K -Uc

(2)

где К- коэффициент передачи усилителя 13; No- разрядность ЦАП, равная емкости счетчика ТО.

Напряжение интегратора 16 к моменту времени t2 составит:

dt

l U (t2 -ti) -|u0 At, (3)

где UH - напряжение на выходе интегратора;

т- постоянная времени интегратора. В момент времени г на выходе дифференцирующей цепочки 18 вырабатывается короткий импульс (фиг. 2, UIB), устанавливающий триггер 9 в единичное состояние (фиг. 2, Ug}. Временной селектор 6 и электронный ключ 15 открываются и на вход счетчика 11 разрешается прохождение счетных импульсов с. генератора 4 (фиг. 2, Un), а на вход интегратора- напряжение с выхода ЦАП 15. В течение интервала времени tx-t2 напряжение интегратора уменьшается (фиг. 2, Uie) и в момент времени tx, когда напряжение интегратора станет равно нулю, компаратор переключится и на выходе дифференцирующей цепочки появится короткий импульс (фиг. 2, U is). Последний переключит С-триг- гер 9 в противоположное, т.е. нулевое состояние (фиг. 2, Ug). что вызовет закрывание временного селектора 6 и ключа 15. Таким образом;

ии +

.

(4)

или

(tx-t2).

(5)

Решая с учетом (3) уравнение (5) относительно (tx-t2), получим:

- -теЈ 1Й;-Ао. ю

Зная, что временной интервал (tx-r.2) заполняется счетными импульсами генератора 4:

Й

имеем

Nx

Me

(7)

где NX - число импульсов в счетчике 11. 5Выбирая значение No , где п 1, 2, 3..., можно получить отсчет непосредственно в градусах. .

Для уверенной работы фазометра необходимо выбирать следующие значения f0. 0 Uo в зависимости от диапазона входных частот (г 100 мс, No 3600):

Uo 10 В, f0 36,0 кГц - в диапазоне 10,0... 100 Гц i

,OB, f0 3,6 кГц - в диапазоне 5 1,0...10,ОГц; ,

Uo 0,1 В, f0 e 360 Гц - в диапазоне 0.1...1.0 Гц .

Сущность заявляемого устройства за0 ключается в том, что преобразование временного интервала Л t в постоянное напряжение UH осуществляется аналоговым путем (блоки 12, 14, 16), а преобразование Тх в постоянное напряжение цифроаналого5 вым(блоки4,5,10,20,15,16). Это позволяет проводить измерение фазового сдвига в течение одного периода сигнала - исключается погрешность, обусловленная измерением частоты исследуемого сигнала

0 от периода к периоду, и исключить появление погрешности в результате хранение по- стоянных напряжений в блоках выборки-хранения. Формула изобретения

5 Низкочастотный фазометр, содержа-, щий формирующие устройства, RS-триггер, источник опорного напряжения, первый и второй электронные ключи, интегратор, компаратор, инвертирующий усилитель, ге0 нератор счетных импульсов, первый временной селектор, первый счетчик импульсов и инвертирующий усилитель, причем входы формирователей являются входами фазометра, выходы формировате5 лей подключены соответственно к S- и R- входам RS-триггера, выход генератора счетных импульсов через первый временной селектор подключен к первому счетчику, выход источника опорного напряжения

0 соединен с входом первого электронного ключа, а выходы ключей соединены с входом интегратора, выход которого соединен с входом компаратора, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности изме5 рения фазового сдвига, в него дополнительно введены JK-триггер первый и второй счетные триггеры, первая и вторая дифференцирующие цепочки, элементы И,второй временной селектор, второй счетчик, второй

счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, причём С-вход JK-триггера соединен с выходом RS-триггера и с первым входом элемента И, а J-и К-входы соединены с инвертирующим выходом первого С- триггера, прямой выход JK-триггера соединен с управляющим входом второго временного селектора, вторым входом элемента И и С-входом первого С-триггера, инвертирующий выход JK-триггера через первую дифференцирующую цепочку соединен с S-входом второго С-триггера. выход которого соединен с управляющими входами первого временного селектора им второго электронного ключа, выход компаратора

0

5

через вторую дифференцирующую цепочку соединен с С-входом второго С-триггера, выход элемента И соединен с управляющим; входом первого электронного ключа, вход; второго временного селектора соединен 6 выходом генератора счетных импульсов, а выход - с входом второго счетчика, выходная шина которого соединена с входной шиной цифроаналогового преобразователя, опорный вход которого через инвертирующий усилитель соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход - с входом второго электронного ключа, R-вхо- ды триггеров и счетчиков соединены с шиной Пуск.