Одноканальный инфранизкочастотныйфАзОМЕТР Советский патент 1981 года по МПК G01R25/00 

(54) ОДНОКАНАЛЬНЫЙ ИНФРАНИЗКОЧАСТОТНЫЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение относится, к информационно-преобразовательной и измерительной технике и может быть использовано как по прямому назначению, та и при реализации прямоугольно-координатных компенсаторов переменного тока, угломерных приборов, функциональных преобразователей и т.д. Известен цифровой фазометр ифранизких частот, содержащий сумматор, арктангенсный преобразователь и отсчетно-регистрирующий блок flj. Однако устройству присущи недоста точная точность и быстродействие измерения фазового сдвига инфранизкоча тотных сигналов. Известен инфранизкочастотный фазометр, содержащий на выходе нелиней ный арктангенсный преобразователь с двумя входами и синусный дискриминатор разности фаз, состоящий из блока сумма - разность, фазосдвигающей цепочки и фазового детектора, причем нелинейный арктангенсный преобразова гель соединен одним своим входом с выходом фазового Детектора, а другим входом - через дифференциальный квадратичный детектор - с выходом блока сумма - разность Известному фазометру присуи(и недостаточное быстродействие и точность измерения. Первый недостаток обусловлен необходимостью интегрирования выходного напряжения фазового детектора за время, краткое периоду входных сигналов. Второй недостаток обусловлен необходимостью изменения постоянной времени интегратора (или фильтра) пропорционально периоду сравниваемых по фазе сигналов В противном случае возникает частотная погрешность измерения, особенно в диапазоне низких и и1«1 ранизких частот. Наличие фазосдвигающей цепочки также вносит дополнительную погрешность в результат измерения, так как разработка широкополосных фазосдвигающих цепей в диапазоне низких и инфранизких затруд3 .83

нительна. Н«идентичность и нестабильность характеристик преобразовательных каналов фазометра также снижает точность измерения фазового сдвига. .

Цель изобретения - повьшение быстродействия и точности измерения.

Поставленная цель Достигается тем, что в юдноканальный инфранизкочастот

ный фазометр, содержавший сумматор, вычитатель и последовательно соединенные арктангенсный преобразователь и отсчетно-регистрирующий блок,.введены последовательно соединенные первый автоматический переключатель, ком паратор, одновибратор, ключ, второй автоматический переключатель, и блок деления, первый и второй нормализаторы амплитуд, триггер и третий автоматический переключатель, выход которого соединен с сигнальным входом ключа, входы управления первого и третьего автоматических переключателей соединены между собой и с прямым выходом триггера, а их разноименные входы соединены между собой и соответственно с выходами сумматора и вычитателя, чьи одноименные входы соединены между собой и, соответственно, с выходами нормализаторов амплитуд при этом счетный вход триггера соединен с выходом одновибратора, а его. инверсный выход - с входом управления второго автоматического переключателя второй вход компаратора соединен с земляной шиной, а вьЬсод блока деления с арктангенсным преобразователем.

На чертеже приведена функциональная схема одноканального инфранизкочастотного фазометра.

Устройство содержит нормализаторы амплитуд I и 2, сумматор 3, вычитатель 4, первый и третий автоматические переключатели 5 и 6, компаратор 7, одновибратор 8, триггер 9, ключ 10, второй автоматический переключатель 11, блок 12 деления, арктан- , геиснцй преобразователь 13, отсчетнорегистрирующий блок 14.

При этом одноименные входы сумматора 3 и вычмтателя 4 соединены между собой и соответственно с выходами нормализаторов амплитуд 1 и 2,

Выходы сумматора 3 и вычитателя 4 Соединены, соответственно,к соединенным между собой разноименным входам первого и третьего автоматических переключателей 5 и 6.

Выход первого автоматического переключателя 5 соединен с одним из

I4

входов компаратора 7, второй вход которого соединен с земляной шиной, а выход через одновибратор 8 соединен с управляющим входом ключа 10.

Выход третьего автоматического переключателя соединен с сигнальным входом ключа 10. Входы управления автоматических переключателей 5 и 6 соединены между собой.и со входом триггера 9, счетный вход которого соединен с выходом одновибратора 8, а выход со входом управления второго автоматического переключателя 11.

Первый выход второго автоматического переключателя i1 соединен со входом делителя, а второй со входом делимого блока 12 деления. Выход блок12 деления через арктангенсный преобр;3ователь 13 соединен с отсчетно-регистрирующим блоком 14.

Работа одноканального инфранизкочастотного фазометра заключается в следующем. Инфранизкочастотные сигналы

mi) siMat (1)

(- ш

поступают на входы нормализаторов амплитуд 1 и 2, с помощью которых осуществляется уравнивание амплитуд, сравниваемых по фазе сигналов.

На первый вход сумматора 3, соединенный со вторым входом вычитателя 4, поступает сигнал

U(i) i

(3)

а второй вход сзгмматора 3, соединеный с первым входом вычитателя 4, поступает сигнал

vU W V tfti- f), (4

в результате суммирования сигналов (З) и (4) на первый вход превого автоматического переключателя 5, соединенный со.вторым входом третьего автоматического переключателя 6 поступает суммарный сигнал

Up(t) sivi(at-f) (5)

с выхода вычитателя 4 на второй вход первого и первый вход третьего автоматических переключателей 5 и 6 поступает

) co(5tt-) 6

в положениях автоматических liepeключ.ателей 5 и 6, указанных на чертеже, на первый вход компаратора 7 с выхода первого автоматического переключателя 5 поступает суммарный сигнал (5), а на сигнальный вход ключа 10 .с выхода третьего автоматического переключателя 6 поступает разностный сигнал (6). При положении второго автоматического переключателя 11, ук занного на чертеже, выход ключа 10 соединен со входом делимого блока 12 деления. В положениях автоматических пере ключателей 5 и 6, противоположных указанному на чертеже, на первый вхо компаратора 7 прступает разностный с нал (б), а на сигнальный вход ключа 10 поступает суммарный сигнал (5). Выход ключа 10 соединен в этом случа с входом делителя блока 12 деления. С помощью компаратора 7 :определяют ся моменты- равенства нулю амплитуды входного сигнала, так как второй вход компаратора 7 соединен с земляной (нулевой) шиной. . Амплитуда суммарного сигнала (5) равна нулю в моменты времени X - Чk -j L . , (7 где К О,,2... . Амплитуда разностного сигнала (б) равна нулю в моменты времени агctр- (- -to- ) - (1+К) - - - (8 JL. jj- t - л j .-тл /1.., Т .К Я 2 / 2. aL где К 0,1,2... . В момейты времени t,j и 1„ на выходе компаратора 7 формируются короткие импульсы. Они запускают одновибратор 8 на время С , достаточное для взятия выборки из разностного (б) или суммарного (З) сигналов, поступающих на сигнальный вход ключа 10, и запоминания мгновенных значений сигналов (6) и (5) в соответствующем входе блока 12 деления. В положениях автоматических переключателей 5,6 и 11, указанных на чер теже, на вход делимого блока 12 деления поступают в моменты времени t.. выборки из разностного сигнала (6) амплитудой л--|и.а),| С9) Л После истечения времени t триггер 9 задним фронтом импульса одновибратора 8 переводится в противоположное состояние, в результате чего в противоположное положение переводятся и автоматические переключатели 5,6 и 11. При этом на вход делителя блока 12 деления поступают в моменты времени выборки из суммарного сигнала (5) амплитудой S-Ki4K |-2V cos| , с помощью блока 12 деления определяют частное от деления двух значений амплитуд, т.е. формируют напряжение . (: ., .Ь.,, где К - коэффициент пропорциональности, равный единице. Напряжение (11) через арктангенсный преобразователь 3 поступает на ВХОД отчетно-регистрирующего блока 14. Арктангенсный преобразователь I3 осущестЕляет лреобразование ,напряже11ия (Н ) в напряжеще Ug S0rctgr u,a)Sm-ete4f |) fS 2 ( где S - крутизна преобразования преобразователя, удобная для непосредственного отсчета фазового сдвига в градусах по шкале отсчетно-регистрйрующего блока 14. Устройство позволяет, как это видно из выражений (7)и(8), осуществлять измерение фазового сдвига сигналов в течение каждого полупериода. При необходимости в течение периода можно осуществить не 2, а 3 измерения фазового сд1вига: а)первое - при использовании значений амплитуд выборок, взятых в моменты времени t и tjor б)второе - при использовании значений амплитуд выборок, взятых в моменты времени и t в)третье - при использовании значений амплитуд выборок, взятых в моменты времени t и t.. Это повышает быстродействие устройства по сравнению с известным в три раза. Повышение точности достигается за счет исключения погрешностей от недентичности и нестабильности харакеристик каналов фаэгометра, так Как редложена одноканальная структура азометра, и за счет логометрическоо преобразователя напряжешсй в деительном устройстве, исключакнцем ультипликативные погрешности измеения. Введение в устройство компараора и автоматических переключателей озволяет осуществить взятие выборок из суммарного и разностного сигналов в строго определенные моменты времени. Это обеспечивает высокую точност равенства выборок амплитудам указанных сигналов, и подачу из через ключ и автоматический переключатель на вх ды блока деления. Формула изобретения Однокаиальный инфранизкочастотный фазометр, содержащий сумматор,вычита тель и последовательно соединенные арктангенсный преобразователь и отсчетно-регистрируюпщй блок, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения, в него введены последовательно соединенные первый автоматический переключатель, компаратор, од новибратор, ключ, второй автоматический переключатель и блок деления, первый и второй нормализаторы амплитуд, триггер и третий автоматический переключатель, выход которого соединен с сигнальном входом ключа, входы управления первого и третьего автоматических переключателей соединены между собой и с прямым выходом триггера, а их разноименные входы соединены между собой и соответственно с. выходами сумматора и вычитателя, чьи одноименньге входы соединены между собой и, соответственно, с выходами нормализаторов амплитуд, при этом счетшлй вход триггера соединен с выходом одновибратора, а его инверсный выход - с входом управления второго автоматического переключателя, второй, вход компаратора соединен с земляной шиной, а выход блока деления с арктангенсным преобразователем. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 311214, кл. G 01 R 25/08, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 290234, кл. G 01 R 25/04, 1969.

vo