Цифровой фазометр Советский патент 1979 года по МПК G01R25/00 G01L3/10 

(54) ЦИФРОВОЙ ФАЗО/VIETP

1

Изобретение относится к области радиоизмерительной техники.

Известный цифровой фазометр, содержащий формирующие устройства, схему «исключающее ИЛИ (полусумматор), генератор импульсов, времязадающую схему, триггера знака, дифференцирующую цепь, электронные ключи и счетчик, обладает невысокой помехоустойчивостью определения знака фазового сдвига, так как определение знака осуществляется по знаку последнего фазового сдвига без учета знаков фазовых сдвигов в течение измерительного временного интервала. Фазометр обладает также порогом чувствительности при асимметрии ограничения входных сигналов фор.мирующими устройствами 1.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является цифровой фазометр, содержащий усилители-ограничителя, реверсивный счетчик импульсов и связанный с ним по входу через схему И триггер знака, генератор квантующих импульсов, выход которого соединен с входами формирователя квантующих импульсов непосредственно и через времязадающее устройство 2.

Недостатками такого фазометра является низкая точность определения среднего значения фазового сдвига за измерительный временной интервал, так как значение фазового сдвига регистрируется суммирующим счетчиком импульсов без учета знака отдельных фазовых сигналов за измерительное время, и низкая точность определения знака среднего значения фазового сдвига, так как определение знака осуществляется по разности чисел положительных и отрицательных фазовых сдвигов за измерительное время без учета величины каждого из усредняемых фазовых сдвигов. Кроме того, фазометр имеет порог чувствительности в области нулевых фазовых сдвигов при асимметрии ограничения входных гармонических сигналов формирующими устройствами, причем величина порога чувствительности не постоянна, а зависит от амплитуды гармонических сигналов и направления асимметрии.

Целью изобретения является повыщение точности измерения и уменьшение порога чувствительности.

Указанная цель в предлагаемом фазометре достигается за счет того, что.в него введены триггер Е-типа, два полусумматора. последовательно соединенные схема ИЛИ и триггер, а формирователь квантующих импульсов выполнен двухканальным, причем одни входы полусумматоров соединены с выходом триггера Е-типа, а другие входы полусумматоров и входы триггера Е-типа соединены с выходами усилителей-ограничителей, выходы полусумматоров соединены с соответствующими входами двухканального формирователя квантующих импульсов, один выход которого соединен с входом реверсивного счетчика импульсов и входом схемы И, а другой К 1ход- со вторым входом реверсивного счетчика и входом схемы ИЛИ, другой вход которой соединен с выходом триггера знака, счетный вход которого соединен с выходом нулевого кода реверсивного счетчика импульсов а выход триггера соединен со вторым входом схемы И. На фиг. 1 изображена функциональная схема цифрового фазометра для случая использования его в измерителе момента; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу фазометра при отрицательном и положительном знаке фазового сдвига; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу фазометра при изменяющемся знаке фазового сдвига в течении измерительного временного интервала; на фиг, 4 - временные диаграглмы, поясняющие работу фазометра при асимметрии ограничения входного сигнала. Измеритель момента (фиг. 1) содержит упругий элемент 1, измерительные диски 2, 3 и датчики 4, 5 считывания меток, соединенные с усилителями-ограничителями 6, 7 предложенного фазометра, выходы которых соединены с входами триггера Е-типа 8 и входами полусумматоров 9, 10, вторые входы которых соединены с выходом триггера Е-типа 8, а выходы - с входами двухканального формирователя 11 пачек квантующих импульсов. Каждый из каналов формирователя 11 содержит последовательно соединенные схемы совпадений 12, 13 и 14. 15. Выход генератора 16 квантуюп.их импульсов соединен с входами схем совпадений 13, 15 формирователя 11 и входом времязадающего устройства 17, выход которого соединен с входами схем совпадений 12, 14 формирователя И. Выход одного из каналов формирователя 11 (выход схемы совпадений 13) соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика 18 импульсов и входом схемы И 19, а выход другого канала формирователя 1 (выход схемы совпадений 15) соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика импульсов 18 и входом схемы ИЛИ 20. Выход схемы И 19 соединен с входом триггера знака 21, выход которого соединен с входом схемы ИЛИ 20. Выход схемы ИЛИ 20 соединен с входом триггера 22, выход которого соединен с входом схемы И 19. Выход нулевого кода реверсивного счетчика 18 импульсов соединен со счетным входом триггера знака 21. Цифровой фазометр работает следующим образом. При вращении упругого элемента 1 и измерительных дисков 2, 3 с выходов датчиков 4, 5 считывания меток снимаются гармонические сигналы, совпадающие по фазе. Под действием крутящего момента М происходят скручивание упругого элемента 1, угловое смещение измерительных дисков 2, 3 и соответствующее изменение фазового сдвига между гармоническими сигналами датчиков 4, 5. Для пояснения работы фазометра принимаем, что при положительном фазовом сдвиге () гармонический сигнал (а на фиг. 2) на входе усилителя-ограничителя 6 опережает по фазе гармонический сигнал (б) на входе усилителя-ограничителя 7, а при отрицательном фазовом сдвиге (3 0) - наоборот. Гармонические сигналы (а, б, на фиг. 3) поступают на входы усилителей-ограничителей 6, 7. С выходов каждого из усилителей-ограничителей 6, 7 снимаются прямоугольные импульсы (в, г) типа «Меандр, фронты которых совпадают с моментами перехода гармоническими сигналами нулевого уровня. Импульсы с выходов усилителейограничителей 6, 7 поступают на входы триггера Е-типа 8 и входы соответствующих полусумматоров 9, 10. Выходные импульсы (д) триггера Е-типа 8,поступающие на входы полусумматоров 9,10, совпадают но фазе с импульсами одного из усилителей-ограничителей 6 или Z. При измерении положительного фазового сдвига импульсы (д) с выхода триггера Е-типа 8 совпадают с импульсами (г) усилителя-ограничителя 6, а при измерении отрицательного фазового сдвига импульсы (д) с выхода триггера Е-типа 8 совпадают с импульсами (в) усилителя-ограничителя 7. При положительном знаке фазового сдвига фазовые импульсы е снимаются с выхода полусумматора 9, а нри отрицательном знаке фазового сдвига - с выхода полусумматора 10 ж. Импульсы с выходов полусумматоров 9 или 10 поступают на входы формирователя 11 квантующих импульсов (входы схем совпадений 12 или 14). Формирователь 1 осуществляет квантование фазовых импульсов полусумматоров 9 или 10 импульсами генератора 16. Квантование фазовых импульсов происходит в течении временного интервала, формируемого времязадающим устройством 17. Пачки квантующих и.мпульсов (з, и) с выходов формирователя 11 (выходы схем совпадений 13 или 15) поступают на входы реверсивного счетчика 18 импульсов. Знак измеряемого фазового сдвига определяется по состоянию триггера 21 после

окончания измерительного временного интервала.

Непосредственно перед измерением состояние триггера 22 таково, что обеспечивается открытое состояние схемы И 19. В процессе измерения первый квантующий импульс из пачки квантующих импульсов за измерительный временной интервал, поступивший с одного из выходов формирователя 11 квантующих импульсов, проходит через схему И 19 или через схему ИЛИ 20 и устанавливает один из триггеров 21 или 22 в положение, противоположное исходному.

Например, при измерении положительного фазового сдвига первый квантующий импульс (з) в течение измерительного временного интервала снимается с выхода схемы совпадений 13 формирователя 11 квантующих импульсов. Этот импульс проходит через схему И 19 и опрокидывает триггер 21. Выходной сигнал (к) триггера 21 проходит через схему ИЛИ 20 и устанавливает триггер 22 в состояние при котором закрывается схема И 19. По единичному состоянию триггера 21 (к), судят о положительном знаке фазового сдвига. При измерении отрицательного фазового сдвига первый квантующий импульс (и), в течение измерительного временного интервала поступивший с выхода формирователя 11 (выход схемы совпадений 15), проходит через схему ИЛИ 20 и опрокидывает триггер 22. При этом схема И 19 закрывается. Состояние триггера 21 не изменяется. По нулевому состоянию (к) .триггера 21 после окончания измерительного временного интервала судят об отрицательном знаке измеряемого фазового сдвига.

При измерении фазового сдвига, знак которого изменяется в течение измерительного временного интервала, пачки квантующих импульсов (фиг. 3) с выходов формирователя 11 поступают на суммирующий (а) и вычитающий (б) входы реверсивного счетчика 18 импульсов, который осуществляет их счет с учетом знака. В реверсивном счетчихе 18 импульсов фиксируется модуль измеряемого фазового сдвига. Знак фазового сдвига определяется следующим образом. В зависимости от того, с какого из выходов формирователя 11 поступил первый квантующий импульс за измерительный временной интервал, триггер 2 будет установлен в единичное или нулевое состояние. Если в процессе измерения фазового сдвига его знак меняется в течение из.мерительного временного интервала и при этом код реверсивного счетчика 18 несколько раз оказывается равным нулю, с выхода нулевого кода счетчика 18 каждый раз снимается импульс, который поступает на счетный вход триггера 21, изменяя его состояние. Пусть, например, первый квантующий импульс (а) поступил с выхода схемы совпадений 13 формирователя 11 на вход схемы И 19 и

опрокинул (в) триггер 21, а в процессе измерения фазового сдвига код реверсивного счетчика 18 был равен нулю нечетное число раз. Состояние триггера 21 (в) при этом будет противоположно тому, которое установилось после воздействия первого квантующего импульса с выхода формирователя 11, т. е. измеряемый фазовый сдвиг имеет отрицательный знак. Аналогично происходит определение знака фазового сдвига при любом.сочетании порядка поступления квантующих импульсов на временной интервал и числа нулевых кодов реверсивного счетчика 18 импульсов.

Уменьшение порога чувствительности фазометра в области нулевых фазовых сдвигов обусловлено тем, что результат измерения не зависит от асимметрии ограничения гармонических сигналов (а, в) усилителями ограничителями б, 7 (фиг. 4). Действительно, при асимметрии ограничения гармонического сигнала, например, усилителем-ограничителем 7, длительность его выходных импульсов (а), например, больше паузы .между ними. В этом случае с выхода триггера Е-типа 8 снимаются импульсы (в), передние фронты которых совпадают по времени с передними фронтами выходных импульсов (б) усилителя-ограничителя 6, а задние фронты - с задними фронтами импульсов (а) усилителя-ограничителя 7. С выходов каждого из полусумматоров 9. 10 снимаются импульсы (г, д), разность длительности которых пропорциональна измеряемому фазовому сдвигу, а частота следования равна частоте гармонических сигналов. Эти и.мпульсы поступают на вход формирователя 1 квантующих импульсов. Квантующие импульсы с выходов формирователя 11 поступают на суммирующий (ж и вычитающий (е) в.ходы реверсивного счетчика 18 импульсов, осуществляющего их счет. При этом результат счета, зафиксированный в реверсивном счетчике 18, пропорционален измеряемому фазовому сдвигу и не зависит от асимметрии ограничения гармонических сигналов. Уменьшение порога чувствительности фазометра обеспечивается как при асимметрии ограничения в одном из усилителей-ограничителей, так и при одновременной асимметрии ограничения в обоих усилителях-ограничителях и не зависит от направления асимметрии.

Формула изобретения

Цифровой фазометр, содержащий усилители-ограничители, реверсивный счетчик импульсов и связанный с ним по входу через схему И триггер знака, генератор квантующих импульсов, выход которого соединен с входами формироватетя квантующих

импульсов, непосредственно и через время задающее устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и уменьшения порога чувствительности, в него введены триггер Е-типа, два полусумматора, последовательно соединенные схема ИЛИ и триггер, а формирователь квантующих импульсов выполнен двухканальным, причем одни входы полусумматоров соединены-с выходом триггера Е-типа, а другие входы полусумматоров и входы триггера Е-типа соединены с выходами усилителейограничителей, выходы полусумматоров соединены с соответствующими входами двухканального формирователя квантующих импульсов, один выход которого соединен с

входом реверсивного счетчика импульсов и входом схемы И, а другой выход - с вторым входом реверсивного счетчика и входом схемы ИЛИ, другой вход которой соединен с выходом триггера знака, счетный вход которого соединен с выходом нулевого кода реверсивного счетчика импульсов, а выход триггера соединен со вторым входом схемы И. .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 469097, кл. G 01 R 25/00, 1973 (прототип).

5- a

a.S

I.

H.

EL

..П П П

иг.г a

n

П