Цифровой интегрирующий фазометр Советский патент 1981 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к фаэоизмеп рительной технике и предназначено для измерения разности фаз гармонических сигналов и радиоимпульсных сигналов при наличии гармонического напряжения с частотой заполнения радиоимпульсов, фа за которого произволь на. Известен интегрирующийцифровой фазометр,содержащий два усилителя-ог раничителя ,триггер сложения,генерато квантующих импульсов,триггер пуска, две схемы совпадения и счетчик Известен также цифровой фазометр с постоянным измерительным временем содержащий входной коммутатор,усилители-ограничители ,триггер,схему совпадения,управляющее устройство и счетчик импульсов 2j. Б этк фазометрах за счет усреднения результатов измерения за достаточно большое число периодов Исследуемого напряжения обеспечивается получение высокой точности. Однако они обеспечивают измерени сдви га фаз только непрерывных сигналов. Цель изобретения - расишрение функциональных возможностей цифрового интегрирующего фазометра за счет обеспечения измерения сдвига фаз радиоимпульсных сигналов. Поставленная цель достигается тем, что в известный фазометр,содержащий триггер сложения,выход которого соединен с первым входом первой схемы совпадения,выходу которой через счетчик импульсов соединён с первым входом триггера пуска,выход которого соединен с первым входом второй схемы совпадения,второй вход которой соединен с генератором квантующих импульсов,а выход соединен со вторым входом первой схемы совпадения,два усилителя-ограничителя,введены два вр емен ных селе ктора,дв а формирующих устройства,два счетчика,элемент ИЖ и последовательно соединенные линия задержки и триггер блокировки,выход которого соединен с первым входом . триггера пуска/.второй вход которого соединен совходом линии задержки и выходом злёмента ИЛИ,входы которого через сч.етчики соединены с выходами формирующих устройств,входы которых соединены со вторыми выходами временных селекторов,первые выходы которых соединены со входами триггера сложения,а входы - с выходами усилителей-ограничителей,а также тем,

что временные селекторы состоят из последовательно соединенных формирователей счетчиков задержки и триггеров стробирования,соединенных по второ му входу через счетчики длительности со схемами совпадений,соединенных по первому входу с электронными ключами, а по второму - с формирователями, входы которых подключены к выходам усилителей-ограничителей.

На фиг.1 изображена структурная схема фазометра;на фиг,2 - временные диаграммы,поясняющие его работу.

Цифровой фазометр содержит усилители-ограничители 1 и 2,временные селекторы 3 и 4,триггер 5 сложения, схемы 6 и 7 совпадения,генератор- 8 квантующих импульсов,счетчик 9 квантующих импульсов,триггер 10 пуска, формирующие устройства 11 и 12,счетчики 13 и 14,элемент ИЛИ 15,линию 16 задержки и триггер 17 блокировки. Временные солекторы состоят из формирователей 18 и 19,счетчиков 20 и 2 задержки,триггеров 22 и 23 стробирования, схем 24 и 25 совпадений, счетчиков 26 и 27 длительностей и электронных ключей 28 и 29.

Фазометр работает следующим образом.

Сдвинутые по фазе последовательности радиоимпульсов с выходов усилителей-ограничителей 1 и 2 (фиг.2а и фиг.26) поступают на входы временных селекторов 3 и 4,осуществляющих формирование на первых выходах импульсов стробирования (фиг,2в и фиг.2г),а на вторых выходах соответствующих им во времени стробированных радиоимпульсов (фиг.2д и фиг.2е) Стробированные радиоимпульсы опрокидывают триггер 5 сложения,на выходе которого образуется последовательность пачек прямоугольных импульсов с длительностью С ,равной временному сдвигу между иccлeдye Iыми напряжениями (фиг.ж).

На вход формирующих устройств 11 и 12 поступает последовательность импульсов стробирования с первых выходов временных селекторов 3 и 4. На выходах формирующих устройств 11 и 12 образуется соответств тощая передним и задним фронтам импульсов стробирования последовательность пар им ульсов { фиг.2л и фиг.2м) которая подсчитывается счетчиками-13 и14 импульсов . Импульсы с выходов счетчиков 13 и 14 (фиг.2н и фиг.2о) суммируются элементом ИЛИ 15 в прямоугольный импульс (фнг.2п),по заднему фронту которого триггер 10 запуска и, через линию 16 задержки,триггер 17 блокировки устанавливаются в исходное состояние. ,

. При включении сигнала пуска фазометра и(фиг.2с) триггер 17 блокировки опрокидывается,подготавливая фазометр к процессу измерения,который

начинается по заднему фронту очередного импульса с выхода линии 16 задержки. Триггер 17 блокировки снова установлен в исходное состояние (фиг.2т) и перепад напряжения на выходе триггера 17 блокировки опрокидывает триггер 10 пуска и сбрасывает на нуль показание счетчика 9 квантующих импульсов. Триггер 10 пуска открывает схему 7 совпадения,через которую с выхода генератора 8 квантующих импульсов,поступают высокочастотные квантующие импульсы с низкочастотной модуляцией фазы на схему 6 совпадения. Формирование этих импульсов осуществляется и5 непрерывных колебаний,поступающих на вход генератора 8 квантующих импульсов, с частотой заполнения радиоимпульсов, на другой вход схег-пл 6 совпадения подаются с выхода триггера 5

0 последовательности пачек прямоугольных импульсов (фиг.2ж). На выходе схемы 6 совпадения образуется соответствующая ей последовательность пачек квантующих импульсов (фиг.2к),

5 которая поступает на счетчик 9 квантующих импульсов. Заполнение счетчика 9 происходит до момента прихода заднего фронта импульса с .элемента ИЛИ 15 (фиг.2п)/которым триггер 10 возвращается в исходное состояние, закрывая схему 7 совпадения (фиг.2и) и тем самым прекращается процесс формирования времени измерения фазометра.

Частота повторения высокочастотных квантующих импульсов fj, связана с частотой заполнения радиоимпульсов f линейной зависимостью

0)

де К - коэффициент умножения частоты. Емкость счетчика 9 () квантуюих импульсов связана с коэффициеном умножения частоты следующей заисимостью ..

Ысцд ПКМ ()

где П - количество стробированных периодов частоты заполнения радиоимпульсов на выходе временных селекторов 3 и 4; м - число радиоимпульсов,подлежащих усреднению в счетЛ ке 9.

Величина емкости счетчика Э-должна быть кратна ЗбО,тогда показание счетчика 9 будет пропорционально сдвигу фазы (например если , , то )

Разрешающая способность фазометра зависит от коэффициента унножёния частоты К и от числа радиоимпульсов М,подлежащих усреднению.Усреднение погретаности измерения происходит при наличии модуляции фазы Гквантующйх импульсов низкочастотным напряжением, В этом случае погрешность измерения сдвига фазы G дФ определяется следующей зависимостью «-т Увеличение числа радиоимпульсов М подлежащих усреднению,уменьшает погрешность измерения и при этом емкост счетчиков. 13 и 14 (N(gy() ) будет пропорциональна числу усредненных импульсов и,с учетом подсчета импуль сов усреднения М по переднему и заднему фронту,емкость счетчиков 13 и 14 выражается следующей зависимостью NcMB(-4-; 2M (4) при заданной величине усредненных радиоимпульсов М и периоде следовани радиоимпульсов Т,время измерения Т практически не зависит от частоты заполнения радиоимпульсов T TMtu4/3feo-f Формирование ; импульса стробирования и стробированных радиоимпульсов осуществляется временными селекторами 3 и 4. Работу временных селекторов 3 и 4 рассмотрим на примере временного селектора 3,при этом работа временного .селектора 4 аналогична работе селектора 3. , Входная последовательность радиоимпульсов поступает на формирователь 18 и электронный ключ 28. Ас выхода формирователя 18 короткие импульсы поступают на счетчик 20 задержки и на схему 24 совпадения. Зад ний фронт импульса с выхода счетчика 20 задержки опрокидывает триггер 22. На выходе триггера 22 формируется импульс стробирования,разреша ющий прохождение стробированного радиоимпульса через схему 28 совпадения на выход временного селектора 3. Кроме того,импульс стробирования с триггера 22 разрешает прохождение коротких импульсов через схему 24 совпадения на счетчик 26 длительности. Задний фронт импульса с выхода счетчнка 26 длительности, возвращает триггер 22 в исходное состояние,тем самым заканчивая процесс формирования импульса стробирования и стробированного радиоимпульса. При измерении разности фаэ гармоническ;1х сигналов на .вход генератора 8 квантующих импульсов подается один из входных 1сигналов;Раб9та фазометра,с гармоническими сигналами аналогична работе в импульсном режиме,с той лишь разницей,что еме ные селекторы 3 и 4 будут формироват радиоимпульс из исходного гармоничес кого сигнала с той же длительностью, что и в импульсном режиме,но с периодом следования,равным сумме длитель ности импульса задержки и длительнос ти стробированного радиоимпульса,которые определяются емкостью счетчи- . ков 20 (21) и 26 (27) соответственно. Время измерения в непрерывном режиме будет зависеть от частоты входного напряжения и определяется следующим вь1ражением (6) где N - емкость счетчика 20 (21) задержки;емкость счетчика 26 (27) N длительности. Использование новых узлов:двух временных селекторов,двух формирующих устройств,двух счетчиков,элемента ШШ,линии задержки и триггера блокировки - отличает предлагаемый фазометр от известных интегрирующих цифровых фазометров тем,во-первых, что расатряет их функциональные возможности, позволяя измерить сдвиг фаз радиоимпульсных сигналов,во-вторых, тем,что обеспечивает измерение сдвига фаз радиоимпульсных сигналов с высокой помехозащищенностью и точностью, свойственной цифровым интегрирующим фазометрам. Формула изобретения -1. Цифровой интегрирукнций фазометр, содержащий триггер сложения,выход которого соединен с первым входом первой схемы .совпадения,выход которой через счетчик.импульсов соединей с первым входом триггера пуска, выход которого соединен с первым входом второй схемы совпадения, второй вход которой соединен с генератором квантйрующих импульсов, а выход соединен со вторым входом первой схемы совпадения, два усилителя-ограничителя, отл-и чающийся тем, что, с-целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения измерения сдвига фаз радиоимпульсных сигналов,, в него введены два временных селектора, два формирующих устройства, два счетчика, элемент ИЛИ и последовательно соединенные линии задержки и триггер блокировки, выход которого соединен с первым входом триггера пуска, второй вход которого соединен со входом линии задержки и выходом элемента ИЛИ, входы которого через счетчики соединены с выходами формирующих устройств, входы которых соединены со вторыми выходами временных селекторов, первые выходы которых .соединены со входами триггера сложения, а входы - с выходами усилителей-ограничителей. 2. Фазометр поп.1, отличающийся тем,что временные селекторы состоят из последовательно соединенных формирователей,счетчиков задержки и триггеров стробирования.

соединенных по второму входу через счетчики длительности со схемами совпадений,соединенных по первому входу с электронными ключами,а по второму - с формирователями,входы которых подключены к выходгил усилителей-ограничителей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 599233, кл. G 01 R 25/00,28.02.76. . Смирнов П.Т-- Цифровые фазометры. Л.Энергия,1974, с.33(прототип) .