Измеритель разности фаз Советский патент 1980 года по МПК G01R25/00 

f Изобретение относится к области измерительной техники и может применяться в информационно-измерител ных системах, используемых в промышленности и научных исследования Известен измеритель разности фа 1, в котором механический фазовра щатель заменен электронным, где использован в качестве фазовращате ля триггерный делитель частоты. Напряжения, сдвиг фаз между которы ми должен быть измерен, поступают на входы двух идентичных каналов, состоящих из смесителей, фильтров, ограничителей. Выходные сигна.пы ограничителей поступают на входы фазового детектора, выходной сигнал которого управляет записью информации в один из двух делителей частоты, включенных в соответствую1дие гетеродинные цепи смесителей. Таким образом, в один из каналов фазометра вводится компенсирующий сдвиг фаз. Отсчет производится посл окончания процесса уравновешивания по разности чисел, записанных в триггерные счетчики. Цена младшего разряда, оказывающая существенное влияние на точность измерения, равна , , где N - коэффициент деления триггерных счетчиков. Известен также измеритель разности фаз, состоящий из набора фазовращателей, номинальные значения которых соответствуют ряду 180°, , 45 ... , ключей, закорачивающих вход-выход фазовращателей, фазового детектора, фильтра нижних частот, устройства управления к.гаочами, цифрового индикатора 2. Измеряемые напряжения, сдвиг фаз между которыми должен быть измерен, подаются на входы фазового детектора. nefpBoe напряжение подключается на первый вход фазового детектора через П последовательно включенных фазовращателей, которые могут закорачиваться управляемыми ключами. Второе напряжение на второй вход фазового детектора подключается непосредственно. Сигнал с выхода фазового детектора-через фильтр нижних частот регулирует компенсирующий фазовый сдвиг посредством включениявыключения фазовращателей. Конец процесса уравновешивания определяется моментом равенства ну.пю выходного напряжения фазового детектора. Результат измерения индицируется

цифровым индикатором после оконча-ния процесса уравновешивания в соответствии с номинальными значениями включенных фазовращателей.

Недостатком этих измерителей разности фаз является низкая точность измерения, фазового сдвига.

Целью изобретения является повы- шение точности измерения фазового сдвига в диапазоне частот при автоматизации процесса измерения. Это достигается тем, что в измеритель разности фаз, содержащий фазовый детектор, фильтр нижних частот, подключенный к выходу фазового детектора, цифровой измеритель квадранта,подключенный входами квхоным клеммам измерителя разности фаз, а- выходами - ко входам дешифраторов четных и нечетных квадрантов ,цифро ЗОй изме ритель временных интервалов н цифровойг индикатор, введены два фазовых модулятора и два элемента И, первые входы которых подключены к выходам соответствующих дешифраторов , а выходы соединены с управляю щими входами модуляторов, сигнальные входы которых подключены квходным зажимам измерителя разности фаз, а выходы к соответствующим входам фазового детектора, широтно-импульсный модулятор, управляющий вход которого подключен к выходу фильтра нижних частот, а выход соединен со вторыми входами элементов И и входом цифрового измерителя временных интервалов, блок формирования результата, входы которого подключены к соответствующим выходам цифрового измерител квадранта и цифрового измерителя временных интервалов при этом, выходы блока формирования результата соединены со входами цифрового индикатора

На черт°еже приведена блок-схема измерителя разности фаз.

Измеритель разности фаз состоит из цифрового измерителя 1, квадранта фазовых модуляторов 2, 3-, фазового дeteктopa 4, 5 нижних частот :Широтно-импульсного модулятора б, дешифратора 7 четных квадрантов, дешифратора 8 нечетных квадрантов, элементов 9, 10 И, цифрового измерителя 11 временных интервалов, блока 12 формирования результата, цифрового индикатора 13. Входные клеммы измерителя разности фаз подключены ко вх;одам цифрового измерителя 1 ква ранта и входам соответствующих фазовых модуляторов 2, 3. Выходы фазовых модуляторов 2, 3 подключены к входам фазового детектора 4, выход которого соединен со входом фильтра 5 нижних частот. Выход фильтра 5 нижних частот соединен с широтноимпульсным модулятором 6. Выход широтно-импульсного модулятора 6 соединен со вторыми входами элемен,тов 9, 10 Ил входом цифрового измерителя 11 временных интервалов, выходы которого соединены с соответствующими входами блока 12 формирования результата. Выходы цифрового измерителя 1 квадранта соединены со 5 входами дешифратора J четных квадрантов и входами дешифратора 8 .нечетных квадрантов, выходы дешифраторов 7-8 четных и нечетных квадрантов соединены с первыми входами соответствующих элементов 9, 10 И. Выходы элементов 9, 10 И подключены к управляющим входам соответствующих фазо.вых модуляторов 2, 3. Выходы цифрового измерителя 1 квадранта соединены с соответствующими входами блока 12 формирования результата, выходы которого соединены с цифровым индикатором 13,

Измеряемые напряжения поступают на входы цифрового измерителя 1 квадранта и сигнальные входы фазовых модуляторов 2, 3. Цифровой измеритель 1. квадранта вырабатывает код, соответствующий квадранту, в котором 5 находится измеряемая разность фаз. Код квадранта поступает на входы блока 12 формированиярезультата, где он используется для формирования старших разрядов измеряемого фазового сдвига. Кроме того, код квадранта упра вляет работой дешифратора 7 четных квадрантов и дешифратора 8 нечетных квадрантов. Предположим, что измеряемая разность фаз находится 5 в третьем квадранте. Тогда дешифратор 8 нечетных квадрантов вырабатывает разрешающий потенциал .на первом входе элемента 10 И. Так как на .. вторые входы элементов 9, 10 И поступ пают прямоугольные импульсы с выхода: широтно-импульсного модулятора 7, то они проходят только через элемент И, на первом входе которого есть разрешающий потенциал. Таким образом, прямоугольные импульсы с выхода элемента 10 И поступают на управляющий вход фазового модулятора 3, который каждым приходящим импульсом сдвигает фазу одного из измеряемых сигналов . на время, равное длительности 0 импульса, при отсутствии импульса фазовый модулятор пропускает сигнал без изменений. Следовательно, на сигнальные входы фазового детектора 4 поступают измеряемые сигналы, . 55 один из которых модулирован по фазе на два уровня О частотой модуляции, задаваемой широтно-импульсным модулятором 6. Постоянная составляющая напряжения с выхода фазо Q вого детектора 4 через фильтр 5

нижних частот поступает на управляющий вход широтно-импульсного модулятора б и изменяет скважность выходных прямоугольных импульсов до тех пор, пока постоянная составляющая на

входе фильтра 5 нижних частот не

станет равной нулю. На этом процесс уравновешивания заканчивается. Цифровой измеритель 11 временных интервалов кодирует длительность импульсов широтно-импульсного модулятора 6 и выдает код длительности импульса на вхолт блока 12 формирования резул та та. Код длительности, импульса формирует младшие разряды измеряемого сдв га фаз,Кодированная информация блока 12 формирования результата управляет работой цифрового индикатора 13, который визуализирует результат измерения.

Процесс измерения разности фаз разбит на два,этапа: первый - грубое оценивание с точностью до квадранта, второй - компенсационное преобразование фазового сдвига в пределах квадранта во временной интервал с последующим кодированием временного интервала. Код результата грубого оценивания формирует старшие разряды измеряемой разности фаз, код компенсационного измерения разности фаз в пределах одного квадранта формирует младшие разряды измеряемого фазового сдвига. Точность измерения разности фаз в пределах квадранта определяется соотношением между периодом выходного сигнала широтно-импульсного модулятора и периодом квантующих импульсов цифрового лзмерителя временных интервалов. Например, при частоте импульсов широтно-импульсного модулятора равной 1000 Гц и частоте квантующих импульсов цифрового измерителя временных интервалов Ю МГц абсолютная погрешность измерения разности фаз в предел квадранта может быть снижена до ± 0,01.

tf

Формула изобретения

Измеритель разностифаз, содержащий фазовый детектор, фильтр нижних Частот, подключенный к выходу фазового детектора, цифровой измеритель квадранта, подключенный входами к входным клеммам измерителя разности фаз, а выходами - ко входам дешифраторов четных и нечетных квадрантов , цифровой измеритель временных интервалов и цифровой индикатор, отличающийся тем,.что, с целью повышения точности измерения фазового сдвига в измеритель разности фаз введены два Фазовых модулятора, два элемента И, первые входы которых

5 подключены к выходам соответствующих дешифраторов, а выходы соединены с управляющими входами модуляторов, сигнальные входы которых подключены к входным зажимам измерителя разности

0 фаз, а выходы к соответствующим входам фазового детектора, широтноимпульсный модулятор, управляющий вход которого подключен к выходу фильтра нижних частот, а выход

5 соединен со вторыми входами элементов И и входом цифрового измерителя временных интервалов, блок формирования результата, входы которого подключены к соответствукицим выходам

0 фазового измерителя квадранта и цифрового измерителя временных интервалов , при этом выходы блока формирования результата соединены со входами цифрового индикатора.

5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторхикое свидетельство СССР {№245914, кл. G 01 R 25/00, 1959.

2.Авторское свидетельство СССР №278870, кл. G 01 R 25/04, 1960.

0