Низкочастотный измеритель частоты и фазы Советский патент 1993 года по МПК G01R25/04 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения частоты и фазового сдвига медленно изменяющихся гармонических колебаний.

Цель изобретения - расширение области применения устройства, а именно получение возможности измерения мгновенной частоты исследуемого сигнала.

На чертеже приведена структурная схема фазометра-частотомера.

Устройство содержит формирующие б локи 1 и 2, RS-триггер З, источник 4 опорного напряжения, электронные ключи 5-8; интегратор 9, инвертирующий усилитель 10, компаратор 11, блоки 12 и 13 выборки-хранения, блок 14 управления, генератор 15 счетных импульсов, временной селектор 16, счетчик 17 импульсов, формирователь 18 образцового интервала времени.

Первый вход измерителя через формирующее устройство 1 соединен с входом S

RS-триггера З и первым входом блока 14 управления. Второй вход устройства через формирующее устройство 2 соединен с входом R RS-триггера, выход которого соединен с четвертым входом блока 14 управления. Источник 4 опорного напряжения соединен с входом электронного ключа 5, выход которого соединен с выходами электронных ключей 6 и 7, со входом ключа 8 и входом интегратора 9. Выход интегратора 9 подключен к выходу электронного ключа 8, входу компаратора 11, входам блоков 12 и 13 выборки-хранения. Выход блока 12 выборки-хранения соединен со входом электронного ключа 7. Выход блока 13 выборки-хранения соединен со входом инвертирующего усилителя 10, выход которого соединен со входом электронного ключа 6. Первый, второй, третий, шестой выходы блока 14 управления соединены соответственно с управляющими входами электронных ключей 5-8, четвертый и пятый выходы

С

«S3WR&

ю

со

окканб

блока 14 управления соединены соответственно с управляющими входами блоков 12 и 13 выборки-хранения. Выход компаратора 11 соединен со вторым входом блока 14 управления. Генератор 15 счетных импуль- со-в соединен со входом временного селектора 16, чей управляющий вход соединен с седьмым выходом блока 14 управления, а выход - со входом счетчика 17, выход которого соединен с третьим входом блока 14 управления. Выход формирователя 18 образцового интервала времени соединен с пятым входом блока 14 управления.

Устройство работает следующим образом.

Измеритель имеет два режима: режим измерения частоты и режим измерения сдвига фаз между входными гармоническими сигналами,

Режим измерения частоты входного сигнала.

Измерение мгновенного значения частоты входного сигнала происходит в течение четырех рабочих тактов.

В течение первого такта, который начинается с приходом импульса с выхода формирователя 18 образцового интервала времени на пятый вход блока 14 управления, последний на выходе 1 вырабатывает импульс, открывающий электронный ключ 5. На вход интегратора 9 поступает постоянное напряжение U0 с выхода источника 4, По окончании импульса с выхода формирователя 18 (через время То) ключ 5 закрывается. Интегратор 9 зарядится до напряжения:

11инт1 - Y / U0 dt. - |U0 То , (1)

где Кинтч - напряжение интегратора после первого такта: ™

т- постоянная времени интегратора 9;

Uo - величина опорного напряжения источника 4;

То - длительность образцового интервала времени.

По окончании первого такта блок 14 управления вырабатывает импульс, разрешающий . запись напряжения UHHTI в устройстве 13 выборки-хранения. По окончании записи блок 14 управления вырабаты- вает импульс, замыкающий ключ 8, производя тем самым сброс интегратора,

В течение второго такта, который начинается с приходом импульса с выхода формирующего .устройства 1, вырабатывается импульс, открывающий электронный ключ 5. На вход интегратора 9 поступает постоянное напряжение Uo с выхода источника 4. При повторном поступлении импульса с выхода формирующего устройства 1 (через время Тх) ключ 5 закрывается. Интегратор 9 зарядится до напряжения:

1

тх

1,

иинт2 - / Uo dt - Up Тх , (2)

где 11инт2 - напряжение интегратора после второго такта;

Тх - период колебаний исследуемого сигнала.

По окончании второго такта блок ЛА управления вырабатывает импульс, разрешающий запись напряжения Уинта в устройство 12 выборки-хранения. По окончании записи блок 14 управления вырабатывэет импульс, замыкающий электронный ключ 8, производя тем самым сброс интегратора.

В начале третьего такта блок 14 управления открывает электронный ключ 6 и на

вход интегратора 9 поступает напряжение с инвертирующего усилителя 10. В этот же момент открывается временной селектор 16 и на вход счетчика 17 разрешается прохождение счетных импульсов с генератора 15.

В момент, когда счетчик 16 переполнится, третий такт закончится и интегратор 9 зарядится до напряжения:

35

UnHT3

-47UHHTI К dt

4-ъ4-ио

к

TO -j U0 TO t3

Я

где иинтз - выходное напряжение интегратора после третьего такта;

К - коэффициент передачи инвертирующего усилителя 10; з длительность третьего такта.

Знак - под знаком интеграла равенства (3) показывает, что усилитель 10 инвертирует си гнал.

С началом четвертого такта интегрирования (замкнут электронный ключ 7) на вход интегратора 9 поступает напряжение с выхода устройства 12 выборки-хранения. Конденсатор интегратора разряжается и в

момент, когда выходное напряжение станет равно 0 (иинт1+иинт2 0). на выходе компаратора 11 выработается импульс, поступающий на второй вход блока 14 управления. Последний на выходе 7 выработает импульс, запрещающий прохождение счетных

импульсов с генератора 15 через селектор 16 на вход счетчика 17. Таким образом:

UnHT4- Кинга

-fJ иита df t3

- --s Кинт214 U

Uc

Do Tx t4

Зная, что временные интервалы tj и t4 заполняются счётными импульсами генератора 15с частотой f0. то:15

5 (4) 10

t3 -гТо

No о

NX

i7

t4 -ir- o

где No, NX - число импульсов соответственно в третьем и четвертом тактах интегрирования,25 Решая уравнение (4) относительно т.4:

t4 -Kt3J{ -K-t3t. UnHi2I x

С учетом (5) и (6):

(7)

15

вает импульс, замыкающий ключ 8, производя тем самым сброс интегратора.

В течение второго такта, который начинается с приходом импульса с выхода фор- 5 мирующего устройства 1 на первый вход блока 14 управления, последний на выходе 1 вырабатывает импульс, открывающий электронный ключ 5. На вход интегратора 9 поступает постоянное напряжение U0 с вы- 10 хода источника 4. При повторном поступлении импульса с выхода формирующего устройства 1 (через время Т) ключ 5 закрывается, Интегратор 9 зарядится до напряжения:

иинт2

- / U0dt .

(10)

20

25

По окончании второго такта блок 14 управления вырабатывает импульс, разрешающий запись напряжения 11Инт2 в устройство 12 выборки-хранения. По окончании записи блок 14управления вырабатывает импульс, замыкающий ключ 8, производя таким образом сброс интегратора.

Дальнейшие преобразования аналогичны режиму измерения частоты. Окончательный результат в режиме измерения Луэ:

30

Nx - К No

-к -NO- л , (и)

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения частоты и фазового сдвига медленно изменяющихся гармонических колебаний. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, а именно - получение возможности измерения мгновенной частоты исследуемого сигнала. Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве происходит преобразование образцового Т0 и измеряемого Тх, соответствующего периоду, исследуемых сигналов в постоянные напряжения с последующим нахождением отношения этих напряжений в блоке деления, представляющем собой АЦП двойного интегрирования. 1 ил.

К- Not- К- No- To -fx , (8) W Др.- измеряемый фазовый сдвиг.

XDt-tf urtoa s LI 7fi

Выбирая значения кратным 36, кратным тттй .можно получить отсчет ф вого сдвига непосредственно в градус частоты - в герцах.

где fx - частота исследуемого сигнала.

Режим измерения фазового сдвига.

В течение первого такта, который начинается с приходом импульса с выхода RS- триггера 3 на четвертый вход блока 14 управления, последний на выходе 1 вырабатывает импульс, открывающий ключ 5. На вход интегратора 9 поступает постоянное напряжение U0 с источника 4. По заднему фронту импульса, проходящего с HS-тригге- ра 3, блок 14 управления закрывает электронный ключ 5. Интегратор 9 зарядится до напряжения:

. At1

UHHTI Y / Uodt -y-U0At, (9)

где At - длительность импульса на выходе триггера 3.

По окончании первого такта блок 14 управления вырабатывает импульс, разрешающий запись напряжения иинт1 в устройство 13 выборки-хранения. По окончании записи блок 14 управления вырабатыW Др.- измеряемый фазовый сдвиг.

Dt-tf urtoa s LI 7fi

5

Выбирая значения кратным 36, а Т0 кратным тттй .можно получить отсчет фазового сдвига непосредственно в градусах, а частоты - в герцах.

0 Таким образом, введение дополнительного формирователя образцового интервала времени в устройство-прототип позволяет производить измерение мгновенного значения частоты исследуемого сигнала.

Формул а изо бретени я Низкочастотный измеритель частоты и фазы, содержащий счетчик импульсов, два формирователя, четыре электронных ключа,

л блох управления, генератор импульсов, RS- триггер, источник опорного напряжения, интегратор, компаратор, блоки выборки- хранения, инвертирующий усилитель, временной селектор, при этом выход второго

е формирователя подключен к R-входу RS- триггера, S-вход которого подключен к выходу первого формирователя, выход источника опорного напряжения подключен к входу первого электронного ключа, выход которого подключен к входам интегратора и

третьего электронного ключа и к выходам второго и четвертого электронных ключей, выход интегратора соединен с входами компаратора и блоков выборки-хранения, а так- . же с выходом третьего электронного ключа, выход первого блока выборки-хранения через инвертирующий усилитель подключен к входу второго электронного ключа, выход второго блока выборки-хранения подключен к входу четвертого электронного ключа, выходы первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой блока управления подключены соответственно к управляющим входам первого, второго, четвертого электронных ключей, второго и первого блоков выборки-хранения, третьего электронного ключа и временного селектора, входы второй, третий, четвертый блока управления подключены соответственно к выходам

компаратора, счетчика импульсов, RS-триг- гера, а генератор импульсов через временной селектор подключен к входу счетчика импульсов, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, а именно измерения мгновенного значения частоты исследуемого сигнала, в него введен формирователь образцового интервала времени, выход которого подключен к пятому входу блока

управления.