Коммутационный фазометр Советский патент 1981 года по МПК G01R25/00 

(54) КОММ5ТГАЦИОННЫЙ ФАЗОМЕТР

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении быстродействующих измерителей фазовых сдвигов между двумя гармоническими сигналами, изменяющимися в широком частотном диапазоне.

Известен коммутационный фазометр, содержащий коммутатор, линейный фаЬовый детектор, управляющий триггер и дискриминатор, причем фазовый детектор соединен с источниками входных сигналов непосредственно и через коммутатор, который по двум входам соединен с управляющим триггером и синхронным детектором, в котором для уменьшения влияния переходных процессов, обусловленных периодической коммутацией исследуемых сигналов, частота коммутации синхронизируется одним из исследуемых сигналов П.

Недостатком устройства является дополнительная погрешность, обусловленная промежуточным преобразова-;

телем фазового сдвига в напряжение, которое далее кодируется.

Известен коммутационный фазометр, содержащий коммутатор, однополярный триггерный преобразователь, логический элемент И, генератор кванТ5гкмцих импульсов, два блока пересчета, реверсивный счетчик импульсов, блок управления и цифровой отсчетный блок, причем однополярный

10 триггерный преобразователь соединен с сигнальными входами фазометра непосредственно и Через коммутатор, соединенный с одним из выходов блока управления, три других выхода котоtsрого соединены с входами реверсивного счетчика импульсов, цифрового отсчетного блока и генератора квантующих импульсов соответственно, выход однополярного триггерно30го преобразователя соединен с одним из входов логического элемента И, другой вход которого соединен с одним из выходов генератора квантующих импульсов, а выход через первый блок пересчета соединен со счетным входом реверсивного счетчика импульсов, выход которого соединен с информационным входом цифрового отсчетного блока, второй выход генератора квантующих импульсов через второй блок пересчета соединен с вхо дом блока управления 2. Непосредственное кодирование временного интервала, пропорционального измеряемого фазовому сдвигу, повьшает точность измерения. Недостатком этого устройства является наличие случайной погрешности, обусловленной нецелочисленным соотношением частоты . исследуемых сигналов и частоты Q сигналов генератора квантующих импульсов, а также частоты коммутации F управляющего напряжения и входных исследуемых сигналов, т.е. - 4 m и т h , где тип- целые числа. Целью изобретения является повышение точности, и быстродействия измерения фазовых сдвигов сигналов. Эта цель достигается тем, что в коммутационный фазометр, содержащий последовательно соединенные с входной клеммой источника измерительного сигнала коммутатор, однополярный триггерный преобразователь, пер вый логический элемент И, первый бл пересчета, реверсивный счетчик импу сов и цифровой отсчетный блок, втор блок пересчета, генератор квантующих импульсов,выход которого соедин с вторым входом первого логического элемента И и входом второго блок пересчета, а также блок управления, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, и с входом установки режима работы реверсивного счетчика импульсов, введены блок сравнения временных интервалов, фор мирователь импульсов сброса и после довательно соединенные с управляющим входом генератора квантующих им пульсов преобразователь код-напряжение счетчик и шyльcoв и второй логический элемент И, первый вход которого соединен с выходом генератора квантующих импульсов, а второй вход - с выходом блока сравнения временных интервалов, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом второго блока пересчета и выходом блока управления, вход сброса в нуль счетчика им пульсов соединен с третьим выходом 4 ормирователя импульсов сброса, выход второго элемента И соединен с ходом счетчика импульсов, выход которого соединен с входом преобразователя код-напряжение, первый и второй выходы формирователя импульсов сброса соединены соответственно с входами сброса в нуль реверсивного счетчика импульсов и цифрового отсчетного блока, выход блока управления соединен с входом формирователя импульсов сброса, а синхронизирующий вход - с вторыми входами коммутатора, однополярного триггерного преобразователя и с выходной клеммой источника опорного сигнала. Функциональная схема коммутационного фазометра приведена на чертеже. Фазометр содержит коммутатор 1, блок 2 управления, однополярный триггерный преобразователь 3, первый логический элемент И 4, первый блок 5 пересчета, реверсивный счетчик 6 им-пульсов, цифровой отсчетный блок 7, генератор 8 квантующих импульсов, второй блок 9 пересчета, формирователь 10 импульсов сброса, преобразователь код-напряжение 11, второй логический элемент 12, блок 13 сравнения временных интервалов, счетчик 14 импульсов. При этом первый вход коммутатора 1 соединен с входной клеммой источника измерительного сигнала, второй вход соединен с синхронизирующим входом блока 2 вторым входом преобразователя 3 и с входной клеммой источника опорного сигнала. Вход управления коммутатора I соединен с выходом блока 2. Выход коммутатора 1 через последовательно соединенные преобразователь 3, элемент И 4, блок 5 пересчета и счетчик 6 соединен с блоком 7. Входы сброса в нуль счетчика 6 и блока 7 соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя 10, вход которого соединен со входом установки режима работы реверсивного счетчика импульсов, вторым входом блока сравнения временных интервалов и с выходом блока 2. Третий выход формирователя 10 соединен с входом сброса в нуль счетчика 14. Выход счетчика 14 через преобразователь 11 соединен с управляющим входом генератора 8. Счетный вход счетчика,14 соединен с выходом элемента И 12. Первый вход элемента И 12 соединен с вторьм входом элемента И 4, входом блока 9 и с выходом генератора 8. Второй вход элемента И 12 соединен с выходом блока 13, первый вход которого соединен с выходом 9. Работа коммутационного фазометра заключается в следующем. Срапниваемые по фазе измерительный U ц; (t) и опорный (Jon (t) сигналы частоты -1/Т поступают соответственно на первый и второй входы коммутатора 1. Коммутатор 1 управляется напряжением частоты коммутации F , формируемой блоком 2. Постоянное значение частоты коммутации Р обеспечивается делением частоты опорного сигнала с помощью блока 2 с целочисленным коэффициентом деления m , которое изменяется при перестройке частоты сравниваемы по фазе сигналов IP /я1, где т- целые числа. Это обеспечивает постоянство частоты коммутации в широком частотном диапазоне. С выхода коммутации 1 сигналы и J (-t) иирп(И поочередно с частотой коммутации F /т , намного меньшей частоты входных сигналов, поступают на первый вход преобразователя 3, на второй вход которого постоянно подается опорный сигнал ) . В первый такт работы коммутационного фазометра (при положении коммутатора 1, показанном на чертеже) преобразователь 3 формирует w/2 инте валов временного сдвига между сигналами, которые поступают на первый вход элемента И 4. На второй вход 40 элемента И 4 поступают импульсы с частотой следования о с выхода генератора 8. При погрешности формирования временных интервалов равной д на вход счетчика 6 через блок 5 поступит N,, импульсов. Так как в первый такт работы коммутационного фазометра счетчик 6 устанавливается в режим прямого счета, то. число импульсов, пост пивших в счетчик 6,определится выражением : ,. CD Во второй такт работы коммутацион ного фазометра счетчик 6 устанавливается в режим обратного счета (вычитания) . Коммутатор 1 устанавливается в положение, противоположное 9 показанному на чертеже. Преобразователь 3 формирует т/2 временных интервалов л , равных погрешности формирования, так как на его входы поступает один и тот же сигнал (ЬЛ В результате во второй такт работы на вход счетчика 6 поступит Н, импульсов) в конце второго такта число импульсов, записанное в счетчике 6 определится выражением ,-N(4x. MI. 3) При коэффициенте деления блока 5, равномйЧ io йЧ f.y 1Р ЬО где дЦ - заданная разрешающая способность фазометра, в град. ,. ЪЬО РО ) IP п Р ДЧ т.е. число импульсов, записанное в реверсивном счетчике импульсов, пропорционально измеряемому фазовому сдвигу и зависит от соотношения частот FO /Р где FO , Поскольку при плавном изменении частоты входного сигнала происходит ступенчатое изменение коэффициента деления т, то меняется и частота KOMMVTaiuiH F /vw относи-, тельно некоторого оптимального значеия РО o/n const. Поэтому в результат измерения вносится допольшельная низкочастотная погрешность змерения д. N цц , обусловленная отклонением частоты F от P(j . Для исключения дополнительной низкочастотной погрешности необходимо обеспечить постоянство и равенство частотР Fo const. Частота Р связана с частотой через коэффициент m, а частота Рр связана с частотой о через коэффициент п . Для обеспечения постоянства и равенства частот F и РО необходимо изменить частоту р на значение д , при котором обеспечилось бы равенство Рр - Р. Для этого выходную частоту {р генератора 8 делят в п раз с помощью блока 9. В результате формируется вспомогательное низкочастотное напряжение с частотой РО о близкой к частоте коммутации. С помощью блока 13 сравнивают между собой полупериоды напряжения частоты коммутации и вспомогательного низкочастотного на- , пряжения, т.е. и TO В результате сравнения на выходе блока 13 в течение каждого периода напряжения частоты коммутации форми руется импульс длительностью Af г: Т -Т - К 1РРо Р который поступает.на второй вход элемента И 12 и разрешает прохождение импульсов с частотой с вых да генератора 8 на вход счетчика 14 В результате в счетчике импульсов запишется число . TO ь &f кор-Д к - 0 -- которое преобразуется в пропорциональное напряже1ше коррекции с помощью преобразователя 11 . :S,,n, V -S . р ЖОР где S-, - крутизна преобразования. Под действием напряжения коррекц поступающего на управляющий вход генератора 8, осуществляется перестройка его частоты до значения ,, при котором обеспечивается равенство частот Р и РО В данном коммутационном фазометр исключена низкочастотная погрешност измерения ДМим за счет подстройки частоты 5jj генератора тактовых им пульсов до значения р , при котором Р РО Экспериментальные исследования подтвердили высокую эффективность предложенной схемы коммутационного фазометра Длительность цикла измер ния в разработанном макете фазометр в частотном диапазоне 20-10° Гц не преБьш1ает 1 с, Таким образом, введение в комму циошлш фазометр блока сравнения временных интервалов, преобразовате код-напряжения ;, счетчика импульсо и второго логического элемента И, соединенных определенным образом, обеспечило повышение точности и бы стродействия измерения фазового сд га сигналов в области низких часто Формула изобретения Коммутационный фазометр, содерж последовательно соединенные с входной клеммой источника измерительного сигнала коммутатор,- однопо- 55 9 лярный триггерныи преобразователь, первый логический элемент И, первый блок пересчета, реверсивный счетчик импульсов и цифровой отсчетный блок, второй блок пересчета, генератор квантующих импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого логического элемента И и входом второго блока пересчета, а также блок управления, выход которого соединен с управляющем входом коммутатора и с входом установки режима работы реверсивного счетчика импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерений, введены блок сравнения временных интервалов, формирователь импульсов сброса и последовательно соединенные с управляющим входом генератора квантующих импульсов преобразователь код-напряжение, счетчик импульсов и второй логический элемент И, первый вход которого соединен с выходом генератора квантующих импульсов, а второй вход - с выходом блока сравнения временных интервалов, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом второго блока пересчета и выходом блока управления,вход сброса в нуль счетчика импульсов соединен с третьим выходом формирователя импульсов сброса, выход второго элемента И соединен с входом счетчика импульсов, выход которого соединен с входом преобразователя код-напряжение, первый и второй выходы формирователя импульсов сброса соединены соответственно с входами сброса в нуль реверсивного счетчика импульсов и цифрового отсчетного блока, выходу блока управления соединен с входом формирователя импульсов сброса, а синхронизирующий вход - с вторыми входами коммутатора, однополярного триггерного преобразователя и с входной клеммой источника опорного сигнала. 1 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 516000, кл. G 01 R 25/00, 1976. 2.Скрипник Ю.А. Коммутационные цифровые измеритель ые приборы. м.. Энергия, 1973, с. 77-83.

Vor,(t)

2

гг

n

L

I

/j