Фазоизмерительное устройство Советский патент 1980 года по МПК G01R25/00 

1

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и предназначено для измерения сдвига фаз двух гармонических сигнсшов в радиогеодезических системах.

Известен цифровой фазометр с время-импульсным преобразованием, содержащий формирующие устройства, триггеры, входы одного из которых соединены с выходами формирующих устройств, делитель частоты, электронные ключи, генератор счетных импульсов, счетчик импульсов, триггер, входы которого соединены с другими выходами формирующих устройств, а также алгебраическим сумматором, входы которого через фильтр нижних частот, последовательно включенные триггеры, связаны с выходами формирующих устройств, а выход сумматора через усилитель постоянного тока соединен со входами формирующих устройств l3 .

Однако известный цифровой фазометр имеет низкую точность измерения фазового сдвига на высоких час тотах.

Известно также фазоизмерительное устпойство,. включающее преобразователь частоты с опорным и исследуемым каналами преобразования,.каждый из которых содержит последовательно. соединенные смеситель и формирователь, причем входы смесителей подключены к выходу гетеродина и к соответствующим входным клеммам преобразователя и подключенный к выходам преобразователя цифровой индикатор,

10 состоящий из генератора квантующих импуЛьсов, электронного ключа и счетчика с индикацией 2 .

Цель изобретения - повышение точности измерения фазового сдвига.

15

Указанная цель достигается тем, что в известный фазометр, включающий опорный и исследуемый каналы преобразования частоты, каждый, из которых содержит последовательно соеди20ненные смеситель и формирователь, причем входы смесителей подключены к зажиму гетеродинного сигнала и к соответствующим зажимам опорного и исследуемого сигналов, и подклю25ченный к выходам каналов преобразования частоты цифровой индикатор, введены дополнительный канал преобразования частоты, содержащий последовательно соединенные комму30татор, входы которого подключены

к зажимам опорного и исследуемого сигналов, смеситель, первый вход которого подключен к зажиму гетеродинного сигнала, а второй - к выходу коммутатора, и формирователь, второй коммутатор и триггер, один вход которого через второй коммутатор подключен к выходам опорного и исследуемого каналов преобразования частоты, а другой вход - к выходу дополнительного канала преобразования частоты, введены также подключенный к выходу триггера формирователь порогового уровня, выход которого соединен с управляющим входом формирователя исследуемого какала преобразования частоты и триггерный делитель частоты, вход которого подключен к выходу формирователя опорного канала преобразования частоты, а выход - к управляющим входам коммутаторов и к управляющему входу формирователя порогового уровня, достигается также за счет того, что формирователь порогового уровня выполнен в виде двух электронных ключей, подключенными своими выходами к одной обкладке конденсатора, а управлякедими входами-- к выходам коммутатора, входы ключей iepea резисторы подключены к разнополярным полюсам источников напряжения,другие полюса которых объединены и соединены с другой обкладкой конденсатора.

На фиг. 1 представлена функционалная схема фазоизмерительного устройства; на фиг. 2 - функциональная схема, формирователя порогового уровня.

Фазоизмерительное устройство содержит 1,2 каналы преобразования частоты, каждый из которых содержит последовательно соединенные смеситель 3,4 и формирователь 5,6 и подключенный к выходам каналЪв цифровой индикатор 7, дополнительный канал 8 преобразования частоты, содержащий коммутатор 9, смеситель 10, формирователь 11. Кроме того, в устройство введены второй коммутатор 12, триггер 13, формирователь 14 порогового уровня и триггерный делитель 15 частоты.

Фазоизмерительное устройство работает следующим образом.

Опорный Up и исследуемый U сигнлы частоты f поступают на входы смесителей 3,4,10 на вторые входы которых поступает гетеродинный сигнал Uj частоты fj. Сигналы промежуточной частоты, частота которых равна fnp f-fi с выходов. смеситлей 3,4 поступают на формирователи 5,6, которые вырабатывают импульсы начала и конца интервала времени, соответствующие моментам положительных нуль-переходов сигналов промежуточной частоты. Длительность интервла времени, пропорционального измеряемому фазовому сдвигу, равна

Э6 2-ДЧ (1)

Где if - измеряемый фазовый сдвиг;

пр - промежуточная частота; At - временной сдвиг импульса начала интервала вреO мени, обусловленный фазовой задержкой сигнала и в смесителе 3 и нестабильностью порогового уровня формирователя 5;

5 1 временной сдвиг импульса конца интервала времени, обусловленный фазовой задержкой сигнала U в смесителе 4 и нестабиль,.ностью порогового уровня

формирователя 6,

Этот интервал времени измеряется цифровым индикатором 7. Если фазовые задержки опорного и исследуемого каналов равны, т.е. ut( At2, 5 то, как видно из выражения (1),

ошибки, вносимые фазовой неидентичностью каналов 1 и 2, взаимно компенсируются при формировании интервала времени.

0 При it, f Д 2. появляется ошибка, которая компенсируется временным положением импульса конца интервала времени. Для этого сигналы DO и и X через коммутатор 9 подаются на 5 исполнительный канал 8 преобразования частоты. Коммутаторы 9 и 12 переключаются частотой, равной

г.1,

k

0 где k - коэффициент деления делителя 15 частоты.

При этом, когда коммутаторы находятся в положении 1, на один вход триггера 13 поступают импульсы,соответствующие моментам положительных нуль-переходов сигнала с выхода формирователя 5, а на другой вход - импульсы, соответствующие моментам отрицательных нуль-переходов сигнап ла с выхода формирователя 11, триггер 13 формирует импульсы,длительность которых равна . С

t-l -fut-Ati,

круговая частота;

где At - временной сдвиг импульса, соответствующего моменту отрицательного нуль-перехода входного сигнала.

Когда коммутаторы находятся в положенийг 2, то на один вход триггера 13 поступают импульсы, соответствунхцие моментам положительных нуль-переходов сигнала с выхода

формирователя 6, а на другой вход импульсы, соответствующие моментам отрицательных нуль-переходов с выхода формирователя 11, и триггер

13формирует импульсы, длительность которых равна

а

tor--lut-ut.,.

60 .2

Формирователь 14 порогового уровня вырабатывает постоянное напряжение, пропорциональное разности длительностей импульсов триггера 13

ic l -cg Ati-utg .

Таким образом, при д t j Atj, согласно выражению (1), ошибки, обусловленные фазовой неидентичностью каналов, взаимно компенсируются.

Если д tj - д12 , то формирователь

14задает пороговый, уровень с учетом знака рассогласования и формирование импульса конца интервала времени происходит раньше момента нуль-перехода исследуемого сигнала uj( (при ) или позже (при д tj д tg ) .

Функциональная схема формирователя порогового уровня содержит электронные ключи 16,17, подключенные своими выходами к одной обкладке конденсатора 18,коммутатор 19, выходы которого соединены с управляю 1ими входами электронных ключей, входы которых через соответствуюсцие резисторы 20, 21 подключены к разнополярным полюсам источников 22, 23 напряжения, другие полюса которых соединены вместе и подключены к другой обкладке конденсатора 18.

. На вход формирователя порогового уровня поступают импульсы с выхода триггера 13 с и с. Коммутатор 19 переключается синхронно коммутаторами 9 и 12, при этом ключи 16 и. 17 замыкаются на время, соответствующее длительностям импульсов и CZT конденсатор 18 перезаряжается. При условии, что сопротивления резисторов 20 и 21 и напряжения источников 22 и 23 равны, на конденсаторе 18 устанавливается нулевое напряжение, если t 1 т. е если фазовые задержки опорного и исследуемого канало1в одинаковы, то выходное напряжение формирователя 14 равно нулю, пороговый уровень формирователя б будет нулевым.

Если фазовые задержки различны, то2 1 2 конденсаторе 18 устанавливается напряжение, соответствующее разности Atj -t2C учето знака рассогласования.

Таким образом, в фазоизмерительном устройстве компенсируются временные сдвиги импульсов начала и конца интервала времени и тем самым повышается точность измерения в целом.

Формула изобретения

1.Фазоизмерительное устройство, содержащее опорный и исследуемый

каналы преобразования частоты, каждый из которых содержит последовательно соединенные смеситель и формирователь, и подключенный к выходам каналов преобразования частоты, цифровой, индикатор, причем первые входы смесителей подключены к гетеродинного сигнала, а вторые - к соответствующим зажимам опорного и исследуемого сигналов, отличающ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены дополнительный канаш преобразования частоты, содержащий последовательно соединенные коь мутатор, входы которого подключены к соответствующим зажимам опорного и исследуемого сигналов, смеситель, первый вход которого подключен к зажиму гетеродинного сигнала, а второй - к выходу коммутатора, и формирователь, второй

коммутатор и триггер, один вход которого через второй коммутатор подключен к выходам опорного и исследуемого каналов преобразования частоты,

а другой вход - к выходу дополнительного канала преобразования частоты, введены также подключенный к выходу триггера формирователь порогового уровня, выход которого соединен с управляющим входом формирователя исследуемого канала преобразования частоты и триггерный делитель частоты, вход которого подключен к выходу формирователя опорного канала преобразования частоты, а выход - к

управляющим входам коммутаторов и к управляквдему входу формирователя порогового уровня.

2.Устройство по П.1, отличающееся тем, что формирователь

порогового уровня выполнен в виде двух электронных ключей, подключенных своими выходами к одной обкладке конденсатора, а управляющими входами - к выходам коммутатора, входы

ключей через резисторы подключены к разнополярным полюсам источников напряжения, другие полюса которых объединены и соединены с другой обкладкой конденсатора.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское .свидетельство СССР № 369509, кл. G 01 R 25/00, 1973.

2.Смирнов П.Т. Цифровые фазометоы. Энергия, М.-Л.,1974, с. 42.

фиг 1

I

J