Коммутационный фазометр Советский патент 1980 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при построении быстро действующих измерителей фазовых сдвигов между двумя гармоническими сигналами, изменяющимися в широком частотном диапазоне, рагчэтающих в условиях действия периодических, частности сетевых, помех. Известен коммутационный фазометр содержащий коммутатор, линейный фазовый детектор, управляющий триггер и дискриминатор, причем фазовый детектор соединен с источниками вхо ных сигналов непосредственно и чере коммутатор, который по двух входах подключен к управляющему триггеру и к синхронному детектору, связанный с избирательным усилителем частоты коммутации и регистрирующим устройством, в которых для уменьшен влияния переходных процессов, обусловленных периодической ко1« утацией исследуемых сигналов, частота комму тации синхронизируется одним из исследуекых сигналов 1, Недостатком такого фазометра ярл ется большая погрешность измерений, возникающая при перестройке выходны избирательных цепей, необходимость которой обусловлена изменением частоты коммутации при изменении частоты исследуемых сигналов. Для увеличения быстродействия пре дложено выделение фазовой информации производить путем стробирования выходного напряжения фазового детектора в конце каждого такта (полупериода частоты коммутации) . Известно также устройство, содержащее коммутатор, управляемый формирователем коммутационных интервалов, состоящим из дискриминатора, трехвходовой схемы И двух одновибраторов и триггера., линейный фазовый детектор, амплитудно-импульсный модулятор, одновибратор - формирователь строб-импу.льсов, блок вычитания сигналов и регистрирующее устройство, причем вход дискриминатора фор «1рователя коммутационных интервалов подключен к одному из входов фазометра, выход линейного фазового детектора, входы которого непосредственно и че рез коммутатор подключены ко входам фазометра, подключен ко входу амплитудно-импульсного модулятора, ко второму входу которого подключен выход формирователя строб-импульсов, ттодключенного входом к выходу первого одновибратора формирователя коммутационных интервалов, а выход амплитудно-импульсного модулятора подключен через блок вычитания к регистрирующему устройству {2. Недостатком этого устройства является значительная случайная погрешность измерения, обусловленная по мехами и наводками, наложенными на выходное напряжение фазового детектора. Цель изобретения - уменьшение случайной погрешности измерения фазовых сдвигов за два такта коммутаци Поставленная цель достигается тем что в коммутационный фазометр, содер жащий коммутатор, подключенный к клеммам входных сигналов и управляе№0й формирователем коммутационных интервалов, состоящим из дискриминатора, соединенного с одной из клемм входного сигнала, трехвходового эле.мента И, двух одновибраторов, выходы каждого из которых подсоединены к первому и второму входам трехвходово го элемента И, и триггера, соединен ного по входу с выходом трехвходового элемента И, а по выходам - с комм татором и с первым одновибратором, выход первого одновибратора и вход второго одновибратора объединены, а выход дискриминатора соединен с третьим входом трехвходового элемента И, содержащий также фазовый детек тор, соединенный одним входом непосредственно с клеммой входного сигнал а другим - через коммутатор, последовательно соединенные амплитудноимпульсный модулятор, блок вычитания сигналов и регистрирующий блок и фор мирователь строб-импульсов, подключенный к амплитудно-импульсному моду лятору, введены интегратор, управляемый введенным формирователем интерв лов интегрирования и включенный между фазовым детектором и амплитудно.импульсным модулятором, а также достигается тем, что формирователь интервалов интегрирования состоит из дискриминатора, подключенного к источнику питания, одновибратора, форм рователя коротких импульсов, трехвходового элемента И, триггера со счетным входом и триггера с раздельными входами, причем трехвходовый элемент И соединен одним входом с выходом одновибратора, другим - с выходом дискриминатора и третьим - с выходом триггера с рездельными вхо Дс1ми, один из которых соединен с выходом формирователя коротких импульсов, а другой - с выходом формирователя строб-импульсов, при этом счетный вход триггера подключен к выходу трехвходового элемента И, а выходы его один - к входу интегратора и входу формирователя стрЬб-импульсов, другой - к входу одновибратора, вход формирователя коротких импульсов соединен с выходом первого одновибратора формирователя коммутационных интервалов. Функциональная схема устройства приведена на чертеже. Фазометр содержит коммутатор 1, фазовый детектор 2, интегратор 3, амплитудно-импульсный модулятор 4, формирователь 5 строб-импульсов, блок 6 вычитания сигнашов, регистрирующий блок 7, формирователь 8 коммутационных интервалов, состоящий из дискриминатора 9, трехвходового элемента И 10, триггера 11, первого и второго одновибраторов 12 и 13, формирователь И интервалов интегрирования, состоящий из формирователя 15 коротких импульсов, триггера 16 с раздельными входами, трехвходового элемента И 17, дискриминатора 18, триггера 19 со счетным входом, одновибратора 20. Принцип действия фазометра следующий . Исследуемые сигналы V и Uj поочередно с частотой коммутации подключаются к фазовому детектору 2. При этом, в один такт коммутации к фазовому детектору 2 подключаются сигналы и и и2. . а в другой такт на оба входа фазового детектора 2 подается сигнал и., . В результате коммутации на выходе фазового детектора 2 выделяется импульсное напряжение с амплитудой, пропорциональной сдвигу фаз между сигналами U и Uj , изменяющееся с частотой коммутации. Выходное напряжение фазового детектора 2 поступает на интегратор 3,на выходе которого формируется последовательность пилообразных сигналов. Интегрирование выходного напряжения фазового детектора 2 осуществляется с задержкой (на время переходного процесса) относительно момента переключения исследуемых сигналов и происходит в каждом такте коммутации в течение одногои того же интервала времени. В конце каждого такта интегрирования а№1Ш1и т у до-импульсным модулятором 4,на импульсный вход которого в определенный момент времени поступает короткий строб-импульс с формирователя 5,осуществляется стробирование выходного напряжения интегратора 3. Очевидно, что разность амплитуд двух соседних выходных импульсов модулятора 4 пропорциональна сдвигу фаз между исследуемыми сигналами. В блоке 6 вычитания сигна.пов производится выделение информации о фазовом сдвиге и преобразование ее в форму, удобную для регистрации. Обработка информации в блоке 6 производится за два такта коммутации в цифровой или аналоговой Форги. Формирование управляющих сигналоз в предлагаемом устройстве осущегствля ется следующим образом. Короткие импульсы с выхода дискриминатора 9, соответствующие мо менту перехода одного из исследуемых сигналов (и) через нуль поступгиот на элемент И 10, открытую в начальны момент времени по двум другим входам что позволяет одному из импульсов пройти на счетный вход триггера 11 и опрокинуть его в противоположное состояние. Перепад напряжения с одного из плеч триггера 11 опрокинет в неустой чивое состояние на время задержки од новибратор 12, после чего дальнейшее прохождение импульсов через элемент И 10 прекратится. Через время задержки одновибратор 12 возвратится в исходное состояние и запустит одновибратор 13 и формирователь 15 коротких импульсов. Выходным сигналом одновибратора 13 элемент И 10 будет поддерживаться в закрытом состоянии, а выход ной сигнал формирователя 15 установи триггер 16 в единичное состояние. С этого момента времени ранее закрытый элемент И 17 открывается и импульс с выхода дискриминатора 18, соответствующий моменту перехода через нуль напряжения помехи, пройдет на счетный вход триггера 19 и опроки нет его в единичное состояние. Перепад напряжения с выхода триггера 19 опрокинет в неустойчивое состояние на время интегрирования одновибратор 20, после чего дальнейшее прохождение импульсов через элемент И 1 прекратится. Через время интегрирования одновибратор 20 возвратится в исходное состояние, элемент И 17 снова откроется и очередной импульс с выхода дискриминатора 18 возвратит триггер 19 в исходное (нулевое) состояние. Перепад напряжения с выхода триггера 19 запустит формирователь 5, выходной короткий импульс которого устано вит триггер 16 в исходное (нулевое) состояние. После этого с некоторой задержкой возвратится в исходное состояние одноБибратор 13, время задержки одновибратора 13 выбирается несколько больше времени задержки одновибратора 20, и к элементу И 10 снова будет приложено открывающее напряжение. Очередной импульс дискриминатора 9 поступит на счетный вход триггера 11 и опрокинет его в исходное состояние. Одновибратор 12 снова перебросится в неустойчивое состояние и весь процесс формирования управляющих сигналов повторится. Таким образом, управляющие сигналы в предпагаемом устройстве определенным образом синхронизированы др относительно друга одним из исапедуемых сигналов и сигналом помехи. При этом в каждый полупериод частоты коммутации укладывается целое число периодов исследуемых сигналов, а в каждый интервал интегрирования - целое число периодов сигнала помехи. Кроме ТОГО , интегрирование начинается с задержкой на время переходных процессов, а стробирование выходного сигнала интегратора 3 осуществляется в конце каждого такта ком иутации. Это позволяет стабилизировать переходный процесс, оСусловленныи коммутацией исследуемых сигналов, и одновременно уменьшить влияние помех и ее гармоник, поскольку интегрирование при этих условиях обеспечивает максимальное сглаживание аддитивных помех и наводок, что в конечном итоге в значительной степени уменьшает случайную погрешность измерения. Применение настоящего фазометра особенно эффективно в диапазоне час- тот 10 Гц - 1 кГц, поскольку весь цикл измерения, состоящий из двух тактов коммутации, составляет не более 1-2 с. Формула изобретения 1 . Коммутационный фазометр, содержащий коммутатор, подключенный к клеммам входны х сигналов и управляемый формирователем коммутационных интервалов, состоящим из дискриминатора, соединенного с одной из клемм входного сигнала, трехвходового элемента И, двух одновибраторов, выходы каждого из которых подсоединены к первому и второму входам трехвходового элемента И, и триггера, соединенного по входу с выходом трехвходового элемента И, а по выходам - с коммутатором и с первым одновибратором, выход первого одновибратора и вход второго одновибратора объединены с третьим входом трехвходового элемента И, содержащим также фазовый детектор, соединенный одним входом непосредственно с клеммой входного сигнала, а другим - через коммутатор, последовательно соединенный амплитудно-импульсный модулятор, блок вычитания сигналов и регистрирующий блок и формирователь строб-импульсов, подключенный к амплитудно-импульсному модулятору, отличающийся тем, что, с целью уменьшения случайной погрешности измерения фазовых сдвигов, он снабжен интегратором, управляемым введенным формирователем интервалов интегрирования и включенным между фазовым детектором и амплитудно-импульсным модулятором. 2. Коммутационный фазометр, о тличающийся тем, что формирователь интервалов интегрирования

состоит из дискриминатора, подключен кого к источнику питания, одновибратора, формирователя коротких импульсов, трехвходового .элемента И, триггера со счетным входом и триггера с раздельнЕОМи входами причем трехвходовый элемент И соединен одним входом с выходом одновибратора,другим - с выходом дискриминатора, а третьим - с выходом триггера с раздельными входами, один из которых соединен с выходом формирователя коротких импульсов, а другой - с выходом формирователя строб-импульсов, при этом счетный вход триггера подключен к выходу трехвходового элемента И, а выходы его один - к входу интегратора и к входу формирователя строб-импульсов, другой - к входу одновиб атора, вход формирователя . коротких импульсов соединен с выходом первого одновибратора формирователя коммутационных интервалов,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 356588, кл. G 01 R 25/00, 1975.

2.Авторское свидетельство СССР 571770, кл. G 01 R 25/00, 1976.