ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВЫХ СДВИГОВ МЕЖДУ ПЕРЕМЕННЫМИ НАПРЯЖЕНИЯМИ Советский патент 1971 года по МПК G01R25/08 

Изобретение относится к области фазоизмерительной техники.

Известны фазометры, в которых расширение полосы рабочих частот достигается применением двухка-нального преобразователя частоты, осуществляющего перенос измеряемого фазового сдвига на фиксированную, обычно низкую частоту.

Известна также возможность использования принципов однополосной модуляции для формирова-ния гетеродинных натаряжений, сл1ещен-ньгх НО частоте относительно входных напряжений на постоянную величину. Это позволяет исключить необходимость перестройки частоты гетеродина и, таким образом, автоматизировать процесс преобразования частот.

Однако отсутствие широкополосиых высокоточных фазовращателей не позволяет использовать принципы однополосной модуляции в преобразователях частоты фазометров, предназначенных для измерения фазовых сдвигов в широком Д|Иа:пазоне частот.

Целью изобретения является измерение с высокой точностью углов сдвига фаз двух синусоидальных напряжений в широком диапазоне частот.

теля 2 подключен также преобразователь 3 «частота - напряжение, к входу котор.ого подключен управляемый 1мпульсный генератор 4. Выход генератора подключоп к симметричному триггеру 5, который, в свою очередь, подключен к триггеру 6 и ко входам триггера 7 через схемы совпадений 8, 9. К управляющему входу генератора 5 подключен также фазовый детектор 10, входы- которого подключены соответственно ко входу одного -из каналов фазометра и выходу триггера 7.

Входы тр:нггеров 5 и 7 подключены к входам однополосных Модуляторов 11, 12, вторые входы которых подключены к выходам симметричных триггеров 13-16 (логические схемы

a фиксаторы О, 90, 180 и 270° текущих фаз наиряжений). Последние связаны с дискретными фазовращателями - пересчетными схемами 17, 18, к входам которъгх подключен через схему совпадения 19 импульсный генератор 20.

Выходы смесителей подключены через фильтры 21, 22 к формирователям 23, 24 коротких импульсов по моментам переходов сниусоидальных напряжений через нулевые значения.

Вход одной из пересчетных схем 17 через схему совпаденпй 25 связан с выходом фор Ирователя 23. Выходы триггеров этой пересчетной схемы подключены к цифрово му отсчетному устройству 26.

Выходы формирователей 23, 24 коротких импульсов подсоединены к схеме совпаден ий 27, связанной с симметричным триггером 28. Последний подключен к cxeMiBiM совпадений 25 и 29. Триггер 30 и одновибратор 31 подключены к выходу схемы совпадения 29, выход триггера 30 - к схеме совпадения 19, выход одновибратора к триггерам 28 и 30.

Узлами фазометре являются двухканальный преобразователь частоты (элементы: 1, 2, 21 и 22), индикатор нулевого фазового сдвига (элементы: 23, 24, 27) и схема управлеиия дискретными ф азовращателями (элементы: 19 20, 25, 28, 29, 30 и 31).

Синусоидальные напряжения Hi и Uz, фазовый сдвиг которых подлежит измеиению, поданы на входы смесителей 1, 2 двухканального преобразователя частоты.

Напряжение f/o подано также на вход преобразователя 3 частоты в пропорциональное постояииое напряжение. В качестве такого преобразователя «частота - напряжение может быть использован, например, преобразователь конденсаторного частотомера. Выходное напряпряжеиие преобразователя 3 используется для перестройки управляемого импульсного генератора 4. Характеристики преобразователя .У и управляемого генератора 4 подобраны таки образом, чтобы частота выходного напряжения генератора соответствовала прибл-иэштельно учетверенной частоте входного преобра:)Вателя.

Выходное имиульсное напряжение генератора 4 подается на входы симЛГетричного триггера 5. Короткие импульсы положительной и отрицательной полярности, получепиые в результате дифференцирования выходного напряжения триггера 5, используются для запуска соответственно триггеров б и 7. При этом импульсы отрицательной полярности подаются па входы триггер.а 7 через схемы совпадения S и 9, вторые входы которых иодключеиы соответствешю IK выходам триггера 6.

В результате на выходах триггеров 6 и 7 имеют .место четыре иапряжения прямоугольной формы частоты, близкой к частоте 5Х()Дного папряжеиия фазометра, причем, если начальную фазу одного из этих иапряжеиий принять за пулевую, то фазы дрдтих со.ставят со ответственно 90, 180, 270°. Точное равенство частоты этих напряжений частоте входных напряжений фазометра достигается нримененнем фазовой автоматической подстройки частоты управляемого генератора. Для этого на уиравляюидий вход генератора подается выходное папряженпе фазового детектора 10, на входы которого подключены соответственно входное папряженпе фазометра и выходное напряжение триггеров 7 и 6.

/7 и 18- Если коэффициент пересчета пересчетлых схем 77 и 18, используемых в качестве дискретных фазовращателей, составляет 3600, что соответствует дискретности фазовращателей В О, Г, то запуск триггеров 13, 15 и 14, 16 формируется соответственно в моменты постунления на входы пересчетных схем 3600, 1800 и 900 и 2700 импульсов генератора 20. Выделение импульсов триггеров 13-16 ществ.тяется с помощью логических схем (схем совпадения), которые в целях унрощения на чертеже не показаны. Таким образом, запуск триггеров 13, 14 и 15, 16 осущеетвляется в моменты времени, соответствующие значенням текущих фаз выходных наиряжоний фазовращателей О, 90, 180, 270°. На выходах одиоиолосных модуляторов 11 и 12 формируются напряжения прямоугольной формы, частота которых отличается от частоты входных напряжений

фазометра на постоянную величии)-, равную значению частоты вьгходных напряжений дискретных фазовращателей.

В это.м случае разностная частота, пол} чаемая на выходах с.меснтелей в результате

5 биеиий частоты входных напряжений и выходных напряжений одиополоспых модуляторов равна частоте выходных напряжеинй дискрс-тпых фазовращателей 17, 18.

Напряжения разностной частоты выде.мяют0 ся при ио мощ-и избирательных фильтров 21. 22. Формирователи 23, 24 осуществ;1яют формирование-коротких имнульсов в ю teнты этих нанряжеиий через нулевые значения.

5Короткие им1пульсы с выходов фop rиpoвaтелей 23 и 24 подаются па входы схем совпадепнй 25 и 27. Схема совиадения 25 открыта постоянным напряжением, снимаемы.м с одноГг из половин симметричного триггера 28. При

0 этом кор-откие импульсы формирователя 23 поступают на вход одного пз дискретных фазовращателей 17 и производят измеиение фазы выходного иаиряжеиия этого фазовращателя по отпошению к выходному наиряжешпо дру5 того фазовращателя.

Это измеиен:пе ироизводится до тех пор, пока не будет скомпеисироваИ измеряемый фазовый сдвиг, т. е. до совпадения коротких импульсов выходных иапряжеипй формирователей 23, 24. При этом выходным импульсом схемы совпадения 27 опрокидывается триггер 28, запирается схема совпадеиия 25 и подготавливается совпадения 29. В момеит заиолиеиия дискретного фазовращателя 18 коротким

5 импульсом, полученным на выходе схемы совпаден ия 29, опрокидывается триггер 30 и запускается одновибратор 31. Триггер 30 запирает схему совпадепия 19 и прекращает подачу импульсов генератора 20 па входы дискретных 60 фазовращателей.