Фазометр Советский патент 1980 года по МПК G01R25/00 

1

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано для создания прецизионного автоматического цифрового фазометра широкого диапазона частот.

Известен низкочастотный фазометр с преобразованием ВХОД5ЮЙ частоты, содержащее в каждом из каналов последовательно соединенные

.

входные устройства, балансные смесители, фильтры нижних частот, формирователи коротких импульсов, подключенные к схеме совпадения, общий перестраиваемый гетеродин, охваченный системой ФАПЧ и опорный делитель (Т.

Недостатком известного фазометра является ограниченность частотного рабочего диапазона и наличие погрешности за счет ад;.1лтивной составляющей.

Известен также, фазометр, содержащий в каждом из каналов последовательно соединенHbie входные устройства, смесители, фильтры нижних частот, формирователи коротких импульсов, триггеры, подключенные к схеме совпадения, общий перестраиваемый гетеродин, охваченный системой ФАПЧ, и опорный кварцевый генератор, подсоединенный к схеме совпадения и через опорный делитель к системе ФАПЧ, кроме того, фазометр содержит счетчик импульсов, дещифратор и индикатор 2. Недостатком известного фазометра является ограниченность диапазона рабочих частот, наличие погреишости за счет аддитивной составляющей, отсутствие автоматизации переноса фазовых соотношений на промежуточную частоту в рабочем диапазоне и отсутствие автоматичес10кой коррекции аддитивной погрешности.

Диапазон рабочих частот в известном фазометре составляет 500 Гц - 200 кГц. Расшире ние диапазона, частот больше указанных преде15лов приводит к тому, что в полосу пропускания полосовых фильтров попадают комбинационные составляющие и гармс«ики сигнала, значителы1о увеличивающие погрешность измерения и ограничивающие использование фазометра в

20 более широком диапазоне частот. Перенос фазовых соотношений на промежуточную частоту в известных фазометрах осуществляется ручной перестройкой частоты гетеродина под частоту входного сигнала до выполнения требования ПЧ( Г О Операция калибровки и измерения фазового сдвига осуществляются также вручную. Ручное выполнение этих операций приводит к возникновению аддитивной погрешности. Цель изобретения - расширить диапазон рабочих частот и повысить;точность измерения Это достигается тем, что известный фазометр, содержащий в каждом из каналов последовательно соединенные входные формирователи, смесители, фильтры нижних частот, формирователи коротких импульсов, триггеры, .подключенные к злементу совпадения, выход котф рого соединен с последовательно включенными реверсивным счетчиком импульсов, дешифратором и индикатором, а также .соединенные между собой кварцевый генератор и делитель опорной частоты, снабжен умножителем частоты в m раз, т-фазным фазорасщепителем, т-позиционным коммутатором, дополнительным дешифратором и управляющим счетчиком, причем, вход первого канала через умножитель частоты в m раз подключен к т-фазному фазорасщепителю, выходные фазы которого подключены к сигнальным входам т-позиционного коммутатора, управляющие входы которого через дополнительный дешифратор и управляющий счетчик соединены с делителем опорной частоты, а выход указанного коммутатора подсоединен к гетеродинным входам смесителей, снабжен также первым ключом, включенным между входными формирователями, и вторым ключом, включенным на входе второго канала, триггером управ ления, прямой йыход которого соединен с первым ключом и управляющим входом вьшитание реверсивного счетчика импульсов, а инверю ный выход - со вторым ключом и входом сложение реверсивного счетчика импульсов, и блоком управления, соединенным по входу с триггером управления, а,по выходу - с реверсивным счепиком импульсов. Блок управления состоит из счетчика импульсов низкой, частоты, элемента задержки, трех логических элементов, формирователя импульсов индикации и формирователя импульса сброса, причем триггер второго канала фазометра через первый логический элемент соединен со счетчиком импульсов, низкой частоты, выход которого связан с импульсным входом второго логического эле мента и через элемент задержки - с импульсным входом третьего логического элемента, выход которого подключен к трштеру управления, а потенциальные входы первого и третьего логических элементов, элемента совпадения дешифратора и формирователя импульсов сброса соединены через формирователь импульса индикации с выходом второго логического эле мента, потеициальный вход которого связан с прямым ВЫХОДОМ триггера управления, при этом выход формирователя импульса сброса подключен ко входу сброс реверсивного счетчика импульсов. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого фазометра. Он содержит триггер управления 1, ключи 2 и.З, входные формирователи 4 и 5, умножитель 6 в m раз, т-фазный,расщепитель 7, т-позиционный коммутатор 8, дополнительный дещифратор 9, управляющий счетчик 10, смесители 11 и 12, фильтры 13 и 14 нижних частот, кварцевый генератор 15, опорный делитель 16, формирователи 17 и 18 коротких импульсов, триггеры 19 и 20, элемент совпадения 21, реверсивный счетчик импульсов 22, дещифратор 23, индикатор 24, блок управления 25, состоящий из формирователя 26 импульса сброса, формирователя 27 импульса индикации, первого логического злемента 28, второго логического элемента 29, счетчика 30 импульсов низкой частоты, элемента задержки 31 и третьего логического элемента 32. Устройство работает следующим образом. Напряжение входной частоты поступает через входной формирователь 4 на вход смесителя 11, а через ключ 3 и входной формирователь 5 на вход смесителя 12. На вторые входы смесителей 11 и 12 подается напряжение сигнала, смещенное по частоте на значение промежуточной частоты f + 1144 формирования этого напряжения сигнал опорного канала fj. через широкополосный умножитель 6 в m раз, например, импульсного типа, поступает на т-фазный расщепитель 7. На выходе т-фазного расщепителя 7 формируется m напряжений частотой f.Jфaзы которых смещены от О до 27Г дискретными ступенями 2 . Полученные напряжения с помощью т-позиционного коммутатора 8 поочередно подключаются к гетеродинным входам смесителей 11, 12. Управляющий счетчик 10 и дополнительный дешифратор 9 обеспечивают последовательное от 1 до m срабатывание т-позиционного коммутатора 8. Частота срабатывания коммутатора 8 ffjgp выбирается равной Частоты f, при, например, m 4 выбирается равной 2,7 (7) 0Гц, где р 1, 2, 3, .... а ff,gp, соответственно равной 11,1 (1)10Гц, где k 1, 2, 3, ... Последовательное от О до 2jr дискретное изменение фазы колебания на вьрсоде т-позиционного коммутатора 8 приводит к смещению частоты его выходного сигнала до значения. i-I + ком.БЫх с m с пщ Напряжение полученной частоты подается на гетеродинные входы смесителей 11, 12, на выходе которых фильтрами 13, 14 выделяется напряжение промежуточной частоты f... Через формирователи 17, 18 коротких импульсов и триггеры 19, 20 это напряжение попускает на элемент совпадения 21, осуществляющий формирование времеьшого интервала, пропорционального сумме измеряемого фазового сдвига ip и фазовых набегов, вносимых каналами фазометра fi, Vx f - V2. и его кодирование частотой кварцевого генератора 15, равной, например, f., , ,где л О, 1, 2, ... С выхода элемента совпадения 21 пачки импульсов длительностью ( поступают на ВХОД реверсивного счетчика 22, включенного при замкнутом ключе 3 и разомкнутом 2 на сложение. Параллельно с выхода триггера 20 импульсы низкой частоты подаются через первый логический элемент 28 на счетчик 30 импульсов блока управления 25. При поступлении 10 импульсов (г О, 1, 2... - натуральный ряд чисел, опреде ляющий величину усреднения гомеряемого фазового сдвига) на выходе счетчика 30 формируется перепад напряжения, проходящий через элемент задержки 31 и открытый третий логический элемент 32, на вход триггера управления 1. Импульс с выхода логического элемента 32 сбрасывает также счетчик 30 в нулевое положение. Триггер управления 1 размыкает ключ 3, замыкает ключ 2, устанавливает ревер сивный счетчик 22 в режим вычитания и откры вает второй логический элемент 29. Реверсивным счетчиком 22 осуществляется подсчет пачек импульсов, длительность которых пропорциональна фазовым набегам в каналах фазометра Vcc Vt - V2 В реверсивном счетчике 22 за время подсчета 10 импу.(тьсов низкой частоты счетчиком 30 блока управления 25 записывается значение измеряемого фазового сдвига ., V сс со По окончании 10. импульсов счетчик 30 бло ка управления 25 формирует перепад напряжения, запускающий через логический элемент 29 формирователь 27 импульса времени индикации. Импульс времени индикации закрывает элемент совпадения 21, логический элемент 28 логический элемент 32 и открывает дешифра. тор 23. Элемент задержки 31 введен для задер ки перепада напряжения на время, достаточное для уверенного. закрьггия логического элемента 32 импульсом формирователя 27.-. ; Значение измеряемого фазового сдвига через открытый дещифратор 23 переписывается на индикатор 24. Время индикации определяется длительностью импульса формирователя 27. Задний фронт импульса индикащ1и запускает формирователь 26 импульса сброса, который устанавливает реверсивный счетчик 22 в нулевое состояние. По окончании импульса индикации логический элемент 32 открывается и триггер управления 1 размыкает ключ 2 и замыкает ключ 3. Процесс измерения v.f повторяется аналогично описашюму. Предлагаемый фазометр обеспечивает работу в диапазоне частот, определяемом быстродействием триггеров гп-фазного расщепителя 7, развязкой закрытых ключей т-позищюнного коммутатора 8 и составляет от десятков Герц до десятков мегаГерц. Исключение аддитивной составляющей погретностн на 0,1 - 0,2° улучшает основную погрещность фазометра. Полная автоматизация процесса измерения позволяет использовать фазометр в производственных, и лабораторных условиях как автономно, так и в составе автоматизированных систем с обработкой информации электронновычислительной техники. Формула изобретения 1. Фазометр, содержащий в каждом из каналов последовательно соединенные входные формирователи, смесители, фнльтры нижних частот, формирователи коротких импульсов, триггеры, подключенные к элементу совпадения, выход которого соединен с последовательно включенными реверсивным счетчиком импульсов,, дешифратором и индикатором, а также соединенные между собой кварцевый генератор и делитель опорной частоты, отличающийся тем, что с целью расщирения диапазона рабочих частот и повышения точности измерения, он снабжен умножителем частоты в m раз, т-фазным фазорасщепителем, т-позиционным коммутатором, дополнительным дешифратором и управляющим счетчиком, при-, чем. вход первого канала через умножитель частоты в m раз подключен к т-фазному фазорасщепнтелю, выходные фазы которого подключены к сигнальным входам т-позиционного коммутатора, управляющие входы которого через дополнительный дешифратор и управляющий счетчик соединены с делителем опорной частоты, а выход указа}шого коммутатора подсоединен к гетеродинным входам смесителей, он снабжен также первым ключом, включенным между входными формирователями, и вторым ключом, включенным на входе второго канала, триггером управления, прямой выход которого соединен с первым ключом и управляющим входом вычитание реверсивного

счетчика импульсов, а инверсный выход - со вторым ключом и входом сложение реверсивного счетчика импульсов, и блоком управления, соединенным по входу с триггером управления, а по выходу - с реверсивным счетчиком импульсов.

2. Фазометр по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что блок управления состоит из счетчика импульсов низкой частоты, элемента задержки, трех логических элементов, формирователя импульсов индикации и формирователя импульса сброса, причем триггер второго канала фазометра через первый логический элемент соединен со счетчиком импульсов низкой частоты, выход которого связан с импульсным входом второго логического элемента и через элемент задержки с импульсным входом третьего логического элемента, выход которого подключен к триггеру управления, а потенциаль- .. ные входы первого и третьего логических элементов, элемента совпадения, дешифратора и формирователя импульса сброса соединены через формирователь импульса индикации с выходом второго логического элемента, потенциальный вход которого связан с прямым выходом триггера управления, при этом выход формирователя импульса сброса подключен ко входу сброс реверсивного счетчика импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 370542, кл. G 01 R 25/00, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР № 447639, кл. G 01 R 25/00, 1973.