Инфранизкочастотный цифровой фазометр- чАСТОТОМЕР Советский патент 1981 года по МПК G01R25/08 

(54) ИНФРАНИЗКРЧАСТОТНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР-ЧАСТОТОМЕР Однако данное устройство обладает относительно низким быстродействием, особенно при измерений низкочастотных сигналов. Это обусловлено тем, что измерение частоты и фазового сдвига сигналов осугцествляе-тся за два такта работы устройства. При этом первый измерительный такт равен длительности периода входного сигнала, а второй такт определяется временной задержкой исследуемых сигналов относительно друг друга, которая при фазовых сдвигах в 360° также будет равна периоду входных сигналов. У устройства отмечается также сложность его схемной реализации, обусловленная наличием двоичных умножителей. Поскольку в известном устройстве в двоичных умножителях применены двоичные счетчики, то непосредственная индикация результата измерения на цифровые индикаторы невозможна, так выпускаемые промышленностью стандартные дешифраторы цифровых индикаторов предназначены для преобразования двоично-десятичного кода. Применение в данном устройстве двоично-десятичных счетчиков значительно усложняет устройство, а примерение преобразователей кодов, наряду с усложнением схемы, приведет к снижению быстродействия. Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощения устройства. Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее командный триггер, соединенный первым выходом с формирователем импульсов, два электронных ключа, первые входы которых соединены с генераторами опор ной частоты, введены два преобразователя время-напряжение / два компаратора напряжения и генератор пилообразного напряжения, выход которого через компараторы напряжения соединен со вторыми входами электронных ключей, а вход через преобразователь время-напряжение соединен со вторым выходом триггера, вход которого, как и вход формирователя импульсов, соединен с шиной входн;:1Х сигналов, причем второй вход одного из компараторов напряжения через другой преобразователь время-напряжение соединен с выходом формирователя импульсов. На фиг. 1 изображена блок-схема предложенного фазометра-частотомера . 2 - один из примеров его onтимальной реализации. Фазометр-частотомер содержит командный триггер 1, формирователь 2 импульсов, преобразователь 3, 4 вре мя-напряжение, генератор 5 пилооб разного напряжения, компараторы 6, 7 напряжений, электронные ключи 8 ,9 к генераторы 10, 11 опорной частоты. Преобразователи 3, 4 время-напр51жение выполнены на интеграторах 12, 1 и кипп-реле 14, 15, генератор 5 пилаобразного напряжения имеет в своем составе кипп-реле 16 и интегратор 17. Фазометр содержит также блок 18 ключевых элементов, который состоит из элементов 19-22 коммутации, предназначенных для организации режима одновременного измерения частоты и фазового сдвига исследуемых сигналов и режима измерения мгновенной частоты сигнсша. Элементы коммутации 19, 20 блока 18 выполнены на герконах типа КЭМ-3. Ключи 21, 22 служат для подключения выходов преобразователей .3, 4 время-напряжение в соответствующие моменты времени ко входу интегратора. Фазометр-частртомер работает следующим образом. В режиме одновременного измерения фазовых сдвигов и мгновенной частоты входных сигналов ключевые элементы коммутации 19, 20 блока 18 включены (фиг. 2), т.е. элемент 19 коммутации связывает выход формирователя 2 -импульсов со входом преобразователя 4 время-напряжение. На входы By 1, BX 2 устройства поступают исследуемые сигналы , соответственно. При этом между указанными сигналами имеется фазовый, сдвиг At. По приходу на BX 1 устройства каждого импульса Hgyl командный триггер 1 изменяет свое состояние на противоположное. Сигналы командного триггера 1, подаются соответственно на входы преобразователя 3 время-напряжение и формирователя 2 импульсов. Последний вырабатывает положительные импульсы И , длительность которых равна фазовому сдвигу д-Ь между импульсами 1, . Через элемент коммутации 19 импульсы с формирователя 2 поступают на преобразователь 4 время-напряжение. По передним фронтам положительных импульсов, поступающих на входы преобразователей 3, 4 срабатывают имеющиеся в них кипп-реле 14, 15, которые обеспечивают условия для разряда конденсаторов интеграторой 12, 13. По окончании этого процесса соответственно происходит заряд указанных интеграторов. При этом интегратор 12 преобразователя 3 вырабатывает линейно нарастающее напряжение, величина которого определяется выражением И К., H(j- напряжение на выходе преобразователя 3 времяю-напряжение, К - постоянный коэффициент пропорциональности; Т - длительность периода исследуемого сигнала Hgyl. Интегратор 13 преобразователя 4 вырабатывает напряжение, определяемое выражением Иц К,.д1, где и„ -напряжение на выходе преобразователя 4 время-напряжение ; постоянный коэффициент пропорциональности; At временной сдвиг мехеду исследуемыми сигналами.

При поступлении второго импульса исследуемого сигнала И командный триггер 1 снова меняет свое состояние на противоположное. При этом происходит открывание аналогового ключа 21 и срабатывание кипп-реле 16 которое обеспечивает условия для разряда конденсатора интегратора 12. По окончании процесса разряда конденсатор интегратора 17 начинает заряжаться, и на выходе генератора 5 пилообразного напряжения формируется линейно-возрастающее напряжение Игпн 5 скорость возрастания которого линейно зависит от напряжения на выходе преобразователя 3, приложенного ко входу интегратора 17 через аналоговый ключ 21. Напряжение на выходе генератора 5 пилообразного напряжения будет изменяться по закону Ир|, Hj где К - коэффициент пропорциональности; t - текущее время.

С выхода генератора 5 пилообразного напряжения напряжение Ит,с-поступает на первые входы компараторов 6, 7 напряжений. На второй вход компаратора 6 подается напряжение Il(f4 с выхода преобразователя 4 время-иапряжение, а на второй вход компаратора 7 - эталонное напряжение Ид . При достижении напряжением Ир,ц5величин Иг,4 И о срабатывают компараторы 6, 7 соответственно. Процесс формирования выходного импульса длительностью ТГ компаратором б заканчивается при выполнении равенства напряжений иа его входах, т.е. Н„.

Ансшогичным образом кс «паратор 7 вырабатывает импульс длительностью t при выполнении равенства напряжений

Таким образом, на выходе компаратора 6 формируются импульсы, длительность которых соответственно пропорциональна фазовому сдвигу между исследуемыми сигналами и обратно пропорционсшьна периоду сигнала, а на выходе компаратора 7 длительность вы- ходных импульсов обратно пропорционгшьиа периоду исследуемого сигнгша. На время действия импульсов с компараторов 6, 7 открыты электронные клю чи 8, 9 соответственно. Через открытые ключи 8, 9 с выходов генераторов 10, 11 опорных частот на выходы устройства поступают импульсные последовательности с частотами F , F д. соответственно. При этом количество импульсов в импульсной последова- тельности на выходе 1 характеризует собой фазовый сдвиг сигнала иосительно , а количество импульсов в импульсной последовательности на выходе 2-мгновенную частоту следования сигналов.

В режиме измерения мгновенной частоты сигнала измерения осуществляется по каждому периоду входных сигналов. В этом режиме элементы 19, 20 коммутации связывают выход командного триггера 1 с преобразователем 4 время-напряжение аналоговым ключем 22 и кипп-реле 16. Процесс измерения аналогичен вышеописанному с той разницей, что в устройстве происходит поочередное преобразование периодов входных сигналов преобразователя 3, 4 время-напряжение, и на вход генератора 5 пилообразного напряжения сигналы с выходов преобразователей поступают также поочередно, кипп-реле 16 и интегратор 17 генератора 5 пилообразного напряжения и компаратор 7 срабатывают в каждом периоде исследуемого сигнала, в результате чего на выходе устройства значение измеряемой частоты регистрируется в каждом периоде.

Устройство позволяет одновременно измерять фазовый сдвиг и частоту исследуемых сигналов в диапазоне 0,01-10 Гц с погрешностью, не превышающей 0,1%, причем время измерения немного превышает длительность одного периода входных сигналов.

Формула изобретения

Инфрг низкочастотный цифровой фазометр-частотомер, содержащий командный триггер, соединенный первым выходом с формирователем импульсов, два электронных ключа, первые входы которых соединены с генераторами опорной частоты, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения устройства, в него введены два преобразователя врем1я-напряжение, два компаратора напряжения и генератор пилообразного напряжения, выход которого через компараторы напряжения соединен со вторыми входами электронных ключей, а вход через преобразователь время-напряжение соединен со вторым выходом триггера, вход которого, как и вход формирователя импульсов, соединен с шиной входных сигналов, причем второй вход одного из компараторов напряжения через другой преобразователь время-напряжение соединен с выходом формирователя импульсов

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 189485, кл. G 01 R 25/04, 1966.

2.Авторское свидетельство СССР

373647, кл. G 01 R 25/04, 19.01.71. (прототип).