Инфранизкочастотный фазометр Советский патент 1981 года по МПК G01R25/00 

(54) ИНФРАНИЗКОЧАСТОТНЫЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение относится, к информаци.онно-преобразовательной и измерительной технике и может быть использовано как по прямому назначению,так и в системах ФАПЧ инфранизкочастотных генераторов, в системах автоматического регулирования и управления длительно протекающими процессами, в фазочувствительных вольтметрах. Известен инфранизкочастотный фазометр, содержащий в каждом канале автоматический переключатель,усилитель,фазочувствйтельный выпрямитель и перемножитель , генератор высокой частоты дис1срети зации, интегратор и отсчетно-регистрирующее устройство l Однако устройству присуще большое время измерения , обусловленное необходимостью интегрирования (с целью исключения влияния высших гармоник, особенно второй) выходного напряжения фазочувствительного выпрямителя в течение времени, кратном периоду или полуперноду сравниваемых по фазе сигналов. Кроме того сам интегратор вносит в результат измерения погрешность, обусловленную как временной нестабильностью его, так и недостаточной точностью интегрирования. Длительность протекания переходных процессов также накладывает ограничение на быстродействие процесса измерения . Известен низкочастотный фазометр, содержащий два идентичных канала, состоящих из последовательно соединенных переключателя и усилителя-ограничителя, высокочастотный генератор, соединенный со входами управления . переключателей и отсчетно-рёгистриру1рщий блок 1.2 J. Известному фазометру присупщ низкое (тетродействие и точность измерения фазовых сдвигов инфранизкочастотиых сигналов. Указагаше недостатки обусловлены необходимостью использования в известном тех1шческом решении индикатора с большой постоянной времени, кратной периоду сравниваемых по фазе сигналов.

Цель изобретения - увеличение быстродействия и повышение точности.

Указанная цель достигается тем, что в инфранизкочастотный фазометр, содержащий первый и второй усилительно-преобразовательные каналы, состоящие из последовательно соединен- ных переключателя и усилителя-ограничителя, высокочастотный генератор, соединенный со входами управления переключателей и отсчетно-регистрирующий блок, введены первый и второй фазочувствительные выпрямители, третий и четвертый усилительно-преобразовательные каналы, фильтр нижних частот, квадратурный фазовращатель, первый и второй нормализаторы амплитуд, первый и второй сумматоры и вычитатель, первый вход которого соединен с первым входом первого сумматора и через первый нормализатор - с первой входной клеммой фазометра, вторые входы первого сумматора и вычитателя соединены со входом квадратурного фазовращателя и со входом второго усилительно-преобразовательного канала и через второй нормализатор амплитуд со второй входной клеммой фазометра, выходы первого сумматора, вычитателя и квадрат5Фного фазовращателя соединены со входами соответственно первог третьего и четвертого усилительнопреобразовательных каналов, выходы третьего и четвертого усилительнопреобразовательных каналов соединены со входами второго фазочувствительного выпрямителя, выход которого соединен с одним из входов второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого фазочувствительного выпрямителя, а выход через фильт нижних частот, - с атсчетно-регистри- рующим блоком, выходы первого и вто-в рого усилительно-преобразовательных каналов соединены соответственно с певым и вторым входами первого фазоЧувствительного выпрямителя.

На фиг.1 приведена функциональная схема инфранизкочастотного фазометра на фиг.2 - выполнение усилительнопреобразовательных каналов.

Устройство содержит первый и втор нормализаторы 1 и 2 амплитуд, первый сумматор 3, вычитатель 4, первый и третий усилительно-преобразовательны

каналы 5 и 6, второй и четвертый преобразовательные каналы 7 и 8, квадратурный фазовращатель 9, первый фазочувствительный выпрямитель 10, второй сумматор 11, второй фазочувствительны выпрямитель 12, фильтр 13 нижних частот, отсчетно-регистрирующий блок 14 высокочастотный генератор 15.

Усилительно-преобразовательные каналы 5-8 состоят из переключателя 16 и усилителя-ограничителя 17 (фиг.2).

7:

Со входными клеммами фазометра соединены входы первого и второго нормализаторов 1 и 2 амплитуд. К выходу первого нормализатора 1 амплитуд подключены соединенные между собой первые входы сумматора 3 и вычитателя 4

К выходу второго нормализатора 2 амплитуды подключены соединенные между собой вторые входы сумматора 3 и вычитателя 4, а таосже входы второго усилительно-преобразовательного канала 7 и квадратурного фазовращателя 9.

Выходы первого сумматора 3, вычитателя 4 и квадратурного фазовращателя 9 соединены со входами соответственно первого, третьего и четвертого усилительно-преобразовательных каналов 5,6 и 8.,

Выходы высокочастотного генератора соединены со входами управления переключателей. .

Выходы первого и второго каналов 5 и 7 подключены ко входам первого фазочувствительного выпрямителя 10, а выходы Tpetbero и четв.ертого каналов - со входами второго фазочувствительного выпрямителя 12.

Выходы фазочувствительных выпрямителей 10 и 12 соединены со входами второго сумматора 11, выход которого через фильтр 13 нижних частот подключен к отсчетно-регистрирующему блоку 14.

Переключатель 16 и усилитель-ограничитель 17 каждого усилительно-преобразовательного канала соединены между собой последовательно.

Работа инфранизкочастотного фазометра заключается в следующем.

На входы нормализаторов 1 и 2 амплитуд поступают соответственно инфранизкочастотные сигналы

)() в) ()-J 5l lSlt (i)

с равными амплитудами и фазовым сдвигом . Нормализаторы 1 и 2 амплиту осуществляют уравнивание амплитуд инфранизкочастотных сигналов. В результате на первый и второй входы сумматора 5 и вычитателя 4 поступают соответственно сигналы Uj(t).iv,() U(t).t Инфранизкочастотный сигнал (4) с выхода нормализатора- 2 амплитуды по ступает также на вход квадратурного фазовращателя 9.и на вход усилитель но-преобразовательного канала 7. В результате суммирования сигнал (З) и (4) на сигнальный вход первого усилительно-преобразовательного канала 5 с выхода сумматора 3 поступае суммарный сигнал, ас выхода вычитателя 4 на сигнальный вход второго усилительно-преобразовательного кана ла 6 поступает разностный сигнал. С помощью квадратурного фазовра щателя 9 сигнал (4) сдвигается по фа за на 90°. В результате на сигнальны вход третьего усилительно-преобразов тельного канала 7 поступает сигнал U(-t)--U COsStt (5) В усилительно-преобразовательных каналах 5-8 сигналы дискретизируются, усиливаются и ограничиваются по амплитуде. Дискретизация сигналов осуществляется с помощью автоматического переключателя 16, входящего в состав каждого усилительно-преобразовательного канала. С помощью фазочувствительных выпрямителей 10 и 12 сигналы перемножаются и поступают на сумматор 11 . Далее ползгченный сигнал фильтруется фильтром 13 нижних частот. С помощью отсчетно-регистрирз щего блока 14 осуществляется регистрация напряжения, пропорционального измеряемому фазовому сдвигу. В предлагаемом фазометре увеличение быстродействия и повьпаение точности достигается за счет подавления второй гармоники инфранизкой частоты в выходном напряжении, что позволяет исключить из фазометра интегрирующие устройства, которые в известных устройствах увеличивают время измерения до одного или нескольких периодов 956 инфранизкой частоты и сами вносят погрешность в результат измерения. Формула изобретения Инфранизкочастотный фазометр, содержащий первый и второй усилительно-преобразовательные каналы, состоящие из последовательно соединенных переключателя и усилителя-ограничителя, высокочастотный генератор, соединенный со входами управления переключателей и отсчетно-регистрирующий блок, отличаю щийс я тем, что, с целью увеличения быстродействия и повьппения точности, в него введены первый и второй фазочувствительные выпрямители, третий и четвертый усилительно-преобразовательные каналы, фильтр нижних частот, квадратурньй фазовращатель, первый и второй нормализаторы амплитуд, первый и второй сумматоры и вычитатель, первый вход которого соединен с первым входом первого сумматора и через первый нормализатор амплитуд - с первой входной клеммой фазометра,.вторые входы первого cjrMMaTopa и вычитателя соединены со входом квадратурного фазовращателя и со входом второго усилительно-преобразовательного канала и через второй нормализатор амплитуд - со второй входной клеммой фазометра, выходыпервого сумматора, вычитателя и квадратурного фазовращателя соединены со входами соответ- ственно первого, третьего и четвертого усилительно-преобразовательных каналов, выходы третьего и четвертого усилительно-преобразовательных каналов соединены со входами второго фазочувствительного выпрямителя, выход которого соединен с одним из входов второго сумматора, второй вход которого соединен., с выходом первого фазочувствительного выпрямителя, а выход через фильтр нижних частот - с отсчетно-регистрирующим блоком, выходы первого и второго усилительно-преобразовательных каналов соединены соотетственно с первым и вторым входаи первого фазочувствительного вырямителя . Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Скрипник Ю.А. Модуляционные змерения параметров сигналов и цеей. М., Сов., 1975, С.110. 2.Авторское свидетельство СССР 451965, кл. G 01 R 25/00, 26.02.73.

фиг. 1

Put. I