Цифровой фазометр Советский патент 1979 года по МПК G01R25/00 

(54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к электроизмерительной технике, предназначено для использования при измерении фазных сдвигов электрических сигналов. Известен цифровой фазометр, основанный на выделении временного интервала, пропорционального фазовому сдвигу между сравниваемыми сигналами, заполнении вре менного интервала импульсами эталонной частоты и измерении количества импульсов i. Недостаток известного фазометра - погрешность измерения из-за изменения положения нулевой линии сравниваемых ко лебаний под воздействием внеиггих факторов. Наиболее близок к предлагаемому цифровой фазометр, сопержаший формировател элемент совпадения, счетчик импульсов, блок ограничения времени измерения и ге- нератор 2У Этот фазометр двухполупериодный и позволяет в некотором диапазоне измеряемых фазовых сдвигов устранить оишбки иэ-за смешения нулевой линии. Опнако он имеет некоторую зону неоднозначносги измерения, в которой достоверность измерения низкая. Цель изобретения - повьииение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фазометр, содержаний два входных формирователя, хправляюитй триг гер, выход которого соединен с одним входом блока запоминания строб-импульсов, второй вход которого подсоединен к генератору образцовой частоты, введены два формирователя коротких одиночных импульсов, причем выходы первого и второго входных формирователей соединены соответственно через первый и агорой формирователи коротких одиночн,1х импульсов с первым и вторым входами управляющего триггера, первые дополнительные входы первого и второго формирователей коротких одиночных импульсов соединеш г. с генератором образцовой, частоты, а втоjft ie входы - соответственно с выходом и 36 первым входом блока запоминания стробимпупьсов. На фиг. 1 првпставлена структурная схема цифрового фазометра, на фиг. 2 его временная диаграмма. Цифровой фазометр включает входные формирователи 1 и 2, управляющий триггер 3, генератчэр образцовой частоты 4, блок запоминания строб-импульсов фазы сигнала 5, формирователи коротких оциночных импупьсов 6 и 7, формирующие эти импульсы в моменты времени, соответствующие серединам положительных Побразных сигналов сравниваемых колебани В формирователи коротких одиночных импульсов 6 и 7 входят элементы И 8 и 9, каждый из которых одним из входов подключен соответственно к выходам формироватряей .1 и 2, а выходы элементов И 8 и 9 через элементы НЕ 10 и 11 соединены со входом соответственно триггеров 12 и 13. Другой вход триггера 13 соединен с выходом триггера 3, а другой вход триггера 12 подключен к выходу дешифратора 14 нулевого состояния триггеров реверсивного счетчика 15. .В фазометр входят также триггеры 16-19, причем один из Входов триггера 16 соединен с Выходом дешифратора 14, а другой с выходом триггера 19. Триггер 17 одним входом подключен к выходу триггера 3, а другим - к каналу сигнала запуска, триггеры 18 и 19 своими счетными вхо дами соединены с выходами формирователей 1 и 2 соогвегственно, установочные входы триггеров 12 и 18и13и 19 соединены с одним из выходов триггеров 16 и 17. Элементы И 8 и 9 вторыми входами соединены со вторыми выходами триггеров 18 и 19 соответственно. Фазометр содержит также многовходовые элементы И 20 и 21, 22 и 23, причем одноименные входы элементов И 20 и 21 подсоединены к выходам следующих узлов, первые входы элементов И 2О и 21 - к выходам формирователей 1 и 2 соответственно, вторые входы - к выходам триггеров 18 и 19 соответствен но, третьи входы - к выходам триггеров J,2 и 19 соответственно, четвертые входы - к выходу генератора 4, первые входы элементов М22и23-к выходам формирователей 1 и 2 соответственно, вт . рые - к выходам триггеров 22 и 23 соответственно, третьи входы - к выходам триггеров 12 и 13 соответственно, четвертые входы - к выходу генератора 4. 24 Элемент И 20 через элемент НЕ 24, делитель на два, состоящий из триггера 25 и элемента И 26, и элемент И 27 подключен к вычитающему входу счетчика 15. Е ыходы счетчика 15 соединены с соответствуюшими входами дешифратора 14. Другие входы счетчика 15 и дешифратора 14 через элемент НЕ 28 соединены с каналом сигнала запуска. Выход элемента И 21 через элемент НЕ 29, делитель на два, состоящий из триггера ЗО и элемента И 34, и элемент НЕ 32 соединен со счетным входом счетчика 33. Выходы счетчика 33 соединены со входами блока перезаписи чисел 34. Выходы блока перезаписи чисел подключены ко входам счетчика инверсного числа 35. Выходь счетчика 35 соединены со входами дешифратора едини чных состояний 36 триггеров счетчика 35. Выход элемента И 23 соединен со счетным входом счетчика 35. Упраатяюшие входы блока перезаписи 34 и дешифратора 36 подключены к выходу формирователя 2. Управляющие входы счетчиков 33 и 35 через элемент НЕ 37 соединены с каналом сигнала запуска. Выходы пеи1ифраторов 14 и 36 соединены с соответствуюшими входами триггера 3. Один из входов формирователя 5 соединен с выходом генератора 4, другой вход его подключен к выходу триггера 3, а выход через элемент ИЛИ 27 соединен с суммируюшим входом счетчика 15. Г-абота схемы состоит в слепуюшем. С появлением запускающего сигнала все блоки, связанные с этим сигналом, устанавливаются в исходное состояние. Рассмотрим работу формирователя 7 опорного канала. Триггер 17 при появлении запускающего импульса устанавливается в единичное состояние (фиг. 2 с) и снимает нулевой потенциал с установочных входов триггеров 13 и 19. Первый же отрицательный перепад сигнала с формирователя 2 опрокидывает триггер 19 по счетному входу в единичное состояние (фиг. 2 ж). При эгом по входу, соединенному с выходом триггера 19, откры- вается элемент И 21. Далее, с появлением на выходе формирователя 2 первой положительной полуволны П-образного сигнала, приходящего на элемент И 21, на его выход проходят импульсы с генератора образцовой час готы. Зги импульсы через элемент НЕ 29 и делитель на два, собранный на триггере 30 и элементе И 31, а также элемент НЕ 32 попадают в счетчики 33 (фиг. 2 и). 56 Таким образом, за время действия первой положительной полуволны П-образного сигнала, имеющегося на выходе формировагеля 2, в счетчике 39 записывается некоторое число импульсов (фиг. 2 н), просчитанное с частотой, равной половине частоты, вырабатываемой генератором. По прекращении действия положительной полуволны сигнал на выходе формирователя 2 принимает нулевое значение, причем задним фронтом положительной полуволны по счетному входу второй раз переключается триггер 27 (возвращается в первоначальное состояние). При этом по входу, соединенному с выходом триггера 10, закрывается элемент И 21. В этот же момент сигналом, прошедшим через элемент И 9 и элемент НЕ 11, пере- кл:очаегся триггер 13 (фиг. 2 к), который открывает элемент И 23, а по входу, соединенному с выходом триггера 19, элемент 11 23 уже открыт. По прекращении действия положительной полуволны, т, е. при появлении на выходе формирователя 2, а следовательно и на входе блока 34 перезаписи отрицательного фронта этой полуволны число в инверсном виде перезаписывается из счетчика 33 через блок 34 перезаписи в счет чик 35 инверсного числа (фиг. 2л). С появлением на выходе формирователя 2 второго положительного перепада открывается элемент И 23 (по другим входам он уже открыт), и на счетчик 35 начинают поступать импульсы с частотой, равной частоте генератора 4 (фиг. 2 л). В момент времени, соответствующий середине второго положительного импульса, действующего на выходе формирователя 5, на Выходе дешифратора 36 единичных состояний триггеров счетчика 35 появляется короткий отрицательный импульс (фиг. 2 м), поскольку в этот момент число импульсов, пришедших на счетчик 35 .с частотой генератора, снановится равным числу, переписанному в него в инверсном коде из счетчика 33, в котором пересчет по первой положительной полуволне происходит с частотой, равной половине частоты генератора. Этот короткий импульс поступает на триггер 3 и, если этот триггер ранее находился в опрокинутом состоянии, возвращает его в исходное состояние, а отрицательный перепад с его выхода возвращает в исходное состояние триггеры 13 и 17. ЕЕсли же триггер 3 до прихода отрицательного импульса с дешифратора 36 находился в неопрокинутом сос 26 тоянии, отрицательный перепад на вых.оде триггера 3 не появляется, но на выходе дешифратора оказЕ шается отрицательный импульс, соответствующий середине третьего положительного импульса при его появлении на выходе фop иpoвaтeля 5 (фиг. 2 м). Цикл работы триггера 3 определяется формирователем 6, когорь Й срабатывает от П-образного сигнала, с формирователя 1 измерительного канала. Формирователь 6 запускается в момент первого переключения триггера 19 формирователя 7, который переключает триггер 16 (фиг. 2 п) формирователя 6. Таким образом, по каждому сигналу запуска первым всегда срабатывает формирователь 7, а затем - формирователь 6, что Необходимо для измерения фазового сдвига сигнала опорного канала относительно сигнала измерительного канала. Дальнейшая работа форхшрователя 6 аналогична работе форкшрователя 7, за исключением того, что короткий импульс, соответствующий середине положительной полуволны П-образного сигнала измерительного канала (фиг. 2 у) формируется с помощью реверсивного счетчика 15 и дешифратора 14 нзлевого состояния триггеров этого счетчика. При этом, как н в формирователе 7, пересчет импульсов, поступающих с генератора на сумм1фую1т{й вход счетчика 15 (фиг. 2 р) в течение действия на выходе формирователя 1 первой (после прихода запускающего сигнала) положительной полуволны П-образного сиг нала (фиг. 2 г) происходит с частотой, равной половине частоты генератора 4, а импульсы, поступающие по вычитающему входу счетчика 15 (фиг. 2 т) в течение действия на выходе формирователя 1 второй положительной полуволньг П-образного сигнала (фиг. г), пересчитываются с частотой, равной частоте генератора 4. В тот момент времени, когда состояния всех триггеров счетчика 15 оказываются нулевыми, на выходе дешифратора 14 появляется короткой отрицательный импульс (фиг. 2 у), соответствующий по времени середине положительного импульса П-об разного сигнала на выходе формирователя 1 (фиг. 2 г). Этот короткий импульс опрокидывает триггер 3 (фиг. 2 ф), сформировав на его выходе передний положительный фронт стробимпульса измеряемого фазового сдвига, а по соответствующим входам триггеров 12 к 18 формирователя 6 устанавливает его схему в исходное соегояние (фиг. 2 и 2 с). При этом реве сивкый счвгчик 15 остается в нулевом состоянии (фиг, 2 х). Короткий импупьс, выработанный (Ьормкроватепем 7 (фиг. 2 м -второй импупьс) опрокидывает триггер 3 в исходное состояние (фиг. 2 ф), завершив тем самым формирование положительного строб-импульса измеряемого фазового сдвига. Зад ним фронтом строб-импульса с триггера 3 опрокидываются триггеры 13 и 17 (фиг. 2 е и 2 к) формирователя 7, и он возврашается в исходное состояние. Строб импуяьс фазы поступает также на форшфоватепь 5, на другой вход которого поступает сигнал с генератора 4. С формирователя 5 импульс фазового сдви га поступает через элемент ИЛИ 27 на суммируюший вход счетчика 15, который, просчитав число импульсов (фиг. 2 х), соответствующее фазовому сдвигу, индицирует его. Точность измерения фазовых сдвигов не зависит от смешения нулевых линий сравниваемых электрических колебаний. Формула изобретен.и я Цифровой фазометр, содержащий два входных формирователя, управляющий триг 6 2 гер, выход которого соединен с одним из входов блока запоминания строб-импульсов, второй вход которого подсоединен к генератору образцовой частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены два формирователя коротких одиночных импульсов, причем выходы первого и второго входньтх формирователей соединены соответственно через первый и второй формирователи коротких одиночных импульсов с первым и вторым входами управляющего триггера, первые дополнительные входы первого и второго формирователей коротких одиночных импульсов соединены с генератором образцовой частоты, а вторые входы - соответственно с выходом и первым входом блока запоминания строб-импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 231665, кл. G OIT 25/00,1968. 2.Авторское свидетельство СССР № 211655, кл. Q 01 Т 25/00, 1966.