Цифровой фазометр с постоянным измерительным временем Советский патент 1974 года по МПК G01R25/00 

1

Изобретение относится к электрорадиоизмерительной технике и может быть использовано при построении широкополосных цифровых измерителей разности фаз электрических сигналов с высокой верхней граничной частотой и пределами измерения О-360°С.

Известен цифровой фазометр с постоянным измерительным временем, содержащий в каждом из двух каналов формирующее устройство и две схемы совпадения, подключенные к выходам формирующих устройств, триггер первого канала, а также схему формирования квантующих импульсов, состоящую из генератора квантующих импульсов, времязадающей схемы, схемы совпадения и счетчика.

Недостатком таких фазометров является появление сбоев автоматической установки триггеров в необходимое состояние при углах разности фаз, близких к 180°, и существенное возрастание погрешности при наличии во входном сигнале четных гармоник основной частоты, а также при однополярном смещении уровней формирования относительно нулевого, так как это приводит к сдвигу моментов формирования коротких импульсов запуска триггеров относительно моментов нуль-переходов колебаний основной частоты.

Цель изобретения - автоматизация процесса измерения фазового сдвига в диапазоне О-360° и повышение точности.

Предлагаемый цифровой фазометр отличается от известных тем, что содержит триггер коммутации, счетный вход которого подключен к выходу триггера первого канала; электронный переключатель, входы которого подключены к противофазным выходам триггера

коммутации; две схемы совпадения первого канала, первые входы которых подключены к разделенным выходам формирователя первого канала, вторые (взаимно противоположно управляемые) входы подключены к выходу триггера коммутации, а выходы объединены со счетным входом триггера первого канала; две схемы совпадения второго канала, первые входы которых подключены к разделительным выходам формирователя второго канала,

а вторые (взаимно противоположно управляемые) входы подключены к выходу электронного переключателя; схему выбора режима работы, состоящую из триггера режима, выходы которого подключены к выходам управления электронного переключателя и счетчика, и двух схем совпадения, первые входы которых соединены с выходами триггера режима, вторые - с объединенными выходами двух схем совпадения первого канала, третьи - с объединенными выходами двух схем совпадения второго канала, а выходы подключены, к р аз1 ль1лЪ1м входам триггера режима; управляе, -Jgtirrep второго канала и две дб1шлнит,ельные; 59х емы сов1;адения, первый вход одной из которйх сиедииен с объединенным выходом двух схем совпадения второго канала, второй вход соединен с выходом триггера первого канала и первым входом управляемого триггера второго канала, а выход подключен к второму входу управляемого триггера второго канала, выход которого подключен к входу другой схемы совпадения, выход которой соединен с входом счетчика, а другой вход подключен к выходу схемы совпадения, один вход которой подключен к выходу триггера первого канала, а другой - к схеме формирования квантующих импульсов на измерительном интервале времени. На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - диаграммы его работы. Цифровой фазометр содержит формирующие устройства 1 и 2, схемы совпадения о-6, электронный переключатель 7, триггеры режима 8 и коммутации 9, схемы совпадения 10-15, времязадающую схему 16, триггер Г/ первого канала, управляемый триггер 18 второго канала, генератор 19 квантующих импульсов и счетчик 20. Предлагаемый фазометр может работать в двух режимах: синфазном, при котором квантуемый интервал времени равен временному интервалу между смежными одноименными нуль-переходами входных сигналов обоих каналов (называемому фазовым интервалом времени), и противофазном, при котором квантуемый интервал времени равен временному интервалу между смежными разноименными нуль-переходами входных сигналов обоих каналов. Переход из одного режима в другой осуществляется в зависимости от величины измеряемой разности фаз входных сигналов, автоматически с помощью триггера и управляемого им электронного переключателя 7. При переходе фазометра в противофазный режим работы квантуемый интервал времени изменяется по сравнению с фазовым на величину, равную половине периода входных сигналов, что соответствует 180° угловых единиц. Чтобы устранить появляющуюся при этом неоднозначность в определении разности фаз входных сигналов (значениям фазовых сдвигов {р и ф+180° соответствуют показания счетчика, равные ф), выходное напряжение триггера 8 управляет счетчиком 20 так, что при синфазном режиме работы его начальная установка производится на число, соответствующее нулевой разности фаз, а при противофазном - на число, соответствующее 180° фазового сдвига. Кроме того, при заполнении счетчика в процессе измерения до величины, соответствующей 360°, производится сброс его на число, соответствующее 0°, и далее счет продолжается до конца измерительного времени. Другой особенностью фазометра является последовательно чередующийся двухполупериодный процесс преобразования разности фаз входных сигналов в цифровой код. При этом сводится к минимуму влияние четных гармоник основной частоты входных сигналов и однополярного смещения уровней формирования импульсов нуль-переходов относительно нулевого па точность измерения, так как возникающее при этом изменение квантуемого интервала времени в одном полупериоде равно, но противоположно по знаку изменения его в другом полупериоде, что приводит к взаимной компенсации погрещностей измерения за оба полупериода. Это достигается с помощью триггера коммутации 9 и двух пар схемы совпадепия 3 и 4, 5 и 6, установленных на выходе формирователей 1 и 2 импульсов нуль-переходов входных сигналов, соответственно первого и второго каналов. На входы схем совпадения 3 и 6 поступают импульсы положительных нуль-переходов, а на входы схем совпадепия 4 и 5-импульсы отрицательных пуль-переходов входных сигналов, соответственно, первого и второго каналов. Триггер 9 управляется этими схемами совпадения так, что на объединенные их входы при неизменном его состоянии могут проходить импульсы только положительных или только отрицательных нуль-переходов входных сигналов. В зависимости от состояния триггера 8 и управляемого пм переключателя 7 синфазному режиму работы фазометра соответствует одинаковая проводимость схем 3 и 6, 4 и 5, а противофазному - схем 3 и 5, 4 и 6. Перевод триггера 9 пз одного состояния в другое и установка управляемого триггера 18 второго канала в состоянпе «1, при котором схема совпадения находится в проводящем состоянии, производится импульсом продифференцированного фронта перехода триггера 17 первого капала из состояния «1 в состояние «О. В результате этого установка триггера 17 в состояппе «1 и затем в состояпие «О производится импульсами только одноименных нуль-переходов входного сигнала первого капала (см. фиг. 2), а следующий перевод его в состоянпе «1 происходит уже после изменения состояния триггера 9 и производится импульсом нуль-перехода входного сигнала первого канала противоположного знака предыдущему. Поэтому время пеизмеппого состояпия триггера 9 равно полутора периодам входного сигнала. Установка триггера 18 в состоянпе «О пропзводится импульсами нуль-переходов входноо сигнала второго капала, проходящими через схему совпадения 10, которая находится в проводящем состоянии вместе со схемой совадения 15 только при состоянии «1 триггеа 17. Таким образом, цепь последовательно оединенных схем 14 и 15 находится в проодящем состоянии с момента перехода в состояние «1 триггера 17 до момента перехода в состояние «О триггепа 18. Впемя ее проводящего состояния равно Фазовому интервалу времени (времени между смежными одноименными нуль-переходаЛ1и вхоляых сигналов первого и второго каналов) при синфазнол режиме работы фазометра (состояние «О триггера 8) или отличается от него на величину, равную половине периода .входных сигналов (состояние «1 триггера 8) ппи противофазном режиме работы фазометра. Благодаря работе схемы коммутации установка триггера 17 в состояние «1 и тРиггепа 18 в состояние «О прои.чводится импульсами нуль-переходов соответствующих входных сигналов последовательно изменяющегося вида, что и обеспечивает последовательно чередуюпшйся двухполупериодный процесс преобразования разности Лаз входных сигналов в код. ПРИ этом задаваемое триггером 17 время неизменного состояния триггера 9, равное времени одиночного оянополупериопного измерения, равно полутора периодам входного сигна.ла. Чтобы устранить сбои в переключении триггера 18, появляющиеся ПРИ одновременном поступлении импульсов на счетный вход триггера 17 и вход схемы совпадения 10 фазометр автоматически переводится из одного режима работы в другой. Если первоначально он находился в синфазном режиме работы, то одновременно поступившие на вход триггера 17 и на вход схемы совпадения 10 импульсы образованы в моменты одноименных нул-перрхплов входных сигналов, если же он находился в противофазном режиме работы, то совп вп1ие импульс-т образованы в моменты различных иуль-пероходов входных сигналов. В зависимости от этого совпавшие импульсы проходят через уппавляемую выходным напряжением триггера режима 8 схему совпадения 12 (одноименные) или 13 (разноименные) на пз его разделенных входов. Состояние триггера режима 8 и управляемого им электронного переключателя 7 изменяется на противоположное и вместе с тем выходным напряжением триггера режима 8 изменяется в соответствии с ранее описанным изменением интервала квантования на половину периода входных сигналов начальная установка счетчика 20. Импульсы квантующего генератора 19 проходят в течение измерительного времени, оппеделяемого времязадающей схемой 16, через схему совпадения 14 и в течение времени проводящего состояния схем совпадения 15 и 11 поступают на вход счетчика 20. Предмет изобретения Цифровой фазометр с постоянным измерительным временем, содержащий в каждом из двух каналов формирующее устройство и две схемы совпадения, подключенные к выхолам формируютцих устройств, триггер первого канала, а также схему формирования квантующих импульсов, состоящую из генератора квантующих импульсов, времязадающей схемы, схемы совпадения и счетчика, отличающийся тем, что, с целью автоматизации процесса измерения фазового сдвига в диапазоне О-360° и повыщения точности, он снабжен электронным переключателем и триггером коммутации, счетным входом подключенным к выходу триггера первого канала, а выходами связанным с входами электронного переключателя, а также с вторыми входами двух схем совпадения первого канала, схемой автоматического выбора режима работы, состоящей из триггера режима, выходами пояключеиного к выводам управления счетчика, и электронного переключателя, выход которого связан с вторыми входами двух схем совпадения ВТОРОГО канала, и ДВУХ схем совпаления, первые входы которых соединены с выходами триггера режима, вторые и третьи входы - с объединенными выходами ДВУХ схем совпадения первого и второго каналов соответственно, а выходы подключены к раздельным входам триггера режима, управляемым триггером второго канала и ДВУМЯ дополнительными схемами совпадения, первый вход одной из которых соединен с объединенным выходом двух схем совпадения второго канала, второй вход - с выходом триггера первого канала и первым входом управляемого триггера второго канала, а выход дополнительной схемы совпадения связан со ВТОРЫМ входом управляемого триггера ВТОРОГО канала, выход которого через вторую дополнительную схему совпадения соединен с входом счетчика, а также через третью дополнительную схему совпадения - с выходами триггера первого канала и схемы формирования квантующих импульсов.

iiniiinii iiiiniiiiii питии