Фазометр соотносящихся частот Советский патент 1981 года по МПК G01R25/00 

(54) ФАЗОМЕТР СООТНОСЯЩИХСЯ ЧАСТОТ

Изобретение относится к фазоизме рительной технике и предназначено для измерения фазовых углов между гармоническими колебаниями, частоты которых относятся как небольшие целые числа (для измерения фазового спектра) . Известно устройство для измерения фазовых сдвигов между гармониче кими колебаниями кратных частот, содержащее усилители-ограничители опорного и измерительного каналов, мультивибраторы, дифференцирукицие цепи, выпрямители, два триггера, сх му совпадения, распределительную це два синхронизированных мультивибратора и индикатор 1 . Недостаток известного устройства состоит в том, что измерение фазы производится только на кратных частотах, т.е. между одной из высших гармоник и первой гармоникой исследуемого спектра. Известен фазометр для измерения фазовых сдвигов между гармоническими колебаниями, частоты которых соотносятся как целые числа, содержащий сумматор, индикатор, основной и вспомогательный триггеры, два канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных входного устройства и усилителя-ограничителя, дифференцирующие цепи, детекторы, пропускающие положительные импульсы для запуска и возврата в исходное состояние основного триггера с разделенными входами, инверторы, инвертирующие отрицательные импульсы с выходов детекторов для запуска вспомогательного триггера 2. Недостатком фазометра является дополнительная погрешность измерения из-за изменения с1МШ1итуды и длительности импульсов. Цель изобретения - повышение точности. 38 . lIoctaBneHHaH цель достигается тем что фазометр соотносящихся частот, содержащий сумматор, выход которого соединен с одним из входов индикатора, а. каждый из входов соединен с выходами основного и вспомогательного триггеров, первый и второй каналы, в каждый из которых входят последовательно соединенные входной блок и усилитель-ограничитель, снабжен в каледом из каналов блоком формирования фронта, блоком формирования среза и блоком компенсации, причем в каждый из блоков формирования фронта входят три .последовательно соединенных инвертора, выход последнего соединен с одним из входов элемента совпадения второй вход которого подсогдинен ко входу первого инвертора, к выходу первого инвертора подсоединен зарядный конденсатор, входом блока формирования фронта служит вход первого ин вертора, а выходом - выход элемента совпадения, в калодый из блоков формирования среза входят четыре инвертоpa, соединенные последхзвательно, выход четвертого инвертора присоединен к одному из входов элемента совпадения, второй вход которого соединен со входом второго инвертора, к выходу которого подсоединен зарядный конденсатор, входом блока формирования среза служит вход первого инвертора, авыходом - выход элемента совпадения, выходы первого и второго блоков формирования фронта и блоков формирования среза соединены соответственно с первым и вторым входами основного и вспомогательного триггеров, выход основного триггера через блок компенсации подсоединен ко второму входу индикатора, выходы усилителей-ограничителей первого и второго каналов со динены соответственно со входами блоков формирования фронта и формирования среза первого и второго каналов. На фиг. 1 представлена структурная схема фазометра, соотносящихся частот-, на фиг, 2 - эпюры, поясняющи принцип получения коротких импульсов , Фазометр соотносящихся частот содержит первый и второй каналы 1 и 2, каждый из каналов состоит из последовательно соединенных входного блока 3,.усилителя-ограничителя 4, блоков 5 и 6 формирования фронта, блоков 7 и 8 формирования среза каждый из блоков 5 и 6 формирования фронта состоит иэ трех последователь но соединенных инверторов 9, 10 к 11, элемента 12 совпадения, причем на выходе первого инвертора 9 включен зарядный конденсатор 13. каждый из блоков 7 и 8 формирования среза состоит из четырех последовательносоединенных инверторов 14-17, элемента 18 совпадения, причем на выходе второго инвертора 15 вкгаочен зарядный конденсатор 19. Кроме-того, в фазометр входят основной триггер 20, вспомогательный триггер 21, сумматор 22, блок 23 компенсации и индикатор 24. Устройство работает следующим образом. Гармонические сигналы, частоты которых соотносятся как небольшие целые числа, пройдя через- входные блоки 3 перврго и второго каналов 1 и 2 и усилители-ограничители 4, поступают на блоки 5 и 6 формирования фронта и блоки 7 и 8 формирования среза. Для получения коротких импульсов по фронту применены блоки 5 и 6 формирования фронта в каждом канале, для получения коротких импульсов по срезу применены блоки 7 и 8 формирования среза. Оба канала работают идентично. Принцип получения коротких импульсов поясняется эпюрами, приведенными на фиг. 2, где V/j - напряжение на входе блока 5 формирования фронта .(например, на входе инвертора 9) , Vj напряжение на выходе первого инвертора 9 (искажение фронта и среза импульса происходит за счет заряда и разряда конденсатора 13, включенного на выходе первого инвepтopaj-, Vij - напряжение на выходе второго инвертора . 10 где получается смещеннь:й фронт импульса; V4 напряжение на выходе третьего инвертора 11, оно же является одним из входных напряжений элемента 12 совпадения, на второй вход элемента совпадения подается напряжение со входа блока формирования среза (с выхода усилителя-ограничи- , теля 4}, Vs - напряжение на выходе элемента 12 совпадения. В этой точке получается короткий импульс, длительность которого зависит от величины конденсатора 13, Его фронт образован фронтом входного импульса, а срез - смещенным фронтом входного импульса, поданного с инвертора 11. Чтобы получить короткий импульс по срезу входного сигнала, на входе , блока формирования среза 7 стоит 5 дополнительный инвертор 14, дальнейшая работа инвертора 15 конденсатора 19, инверторов 16 и 17, элемента 18 совпадения аналогична работе блок 5 формирования фронта. Схемы и работа блока 6 формирования фронта и блока 8 формирования среза второго канала 2 аналогичны схемам иработе формирующих устройст первого канала 1. Сформированный короткий импульс фронта первого канала запускает основной триггер 20, корот кий импульс фронта второго канала переводит триггер 20 в исходное состояние. Аналогичное действие производят короткие импульсы среза первого и второго каналов со вспомогательным триггером 21. С выходов триггеров сигналы поступают на два входа сумматора 22. Просуммированный сигнал с выхода сумматора поступает на вход индикатора 24, в котором навстречу ему идет сигнал с блока 23 компенсации. Блок 23 компенсации слу жит для компенсации начального тока при нулевом фазовом сдвиге, который является первым слагаемым в обоб щенном уравнении шкалы индикатора где п - изменяется от 2 до низшей гармоники); m - изменяется от 3 до 10 (номер высшей гармоники); (-Рр фазовый сдвиг, отнесенный к низшей частоте. Как видно из слагаемого -«(п-О начальный ток различен в зависимости от соотношения частот исследуемых колебаний. Технико-экономические преимущества предлагаемого устройства по сравн нию с известным заключаются в том, что в него введены блоки формировани фронта и среза, на выходе которых получаются импульсы равной амплитуды и длительности независимо от частоты входного напряжения. Устройство может использоваться также для измерения фазового сдвига между гармоничес кими колебаниями кратных и равных ча стот. Формула изобретения Фазометр соотносящихся частот, со держащий сумматор, выход которого со 7 динен с одним из входов индикатора, а кажды11 из входов соединен с выходами основного и вспомогательного триггеров, первый и второй каналы, в каждый из которых входят последовательно соединенные входной блок и усилительограничитель, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности, он снабжен в каждом из каналов блоком формирования фронта, блоком формирования среза, и блоком компенсации, причем в каждый из блоков формирования фронта входят три последовательно соединенных инвертора, выход последнего соединен с одним из входов злемента совпадения, второй вход которого подсоединен ко входу первого инвертора, к выходу первого инвертора подсоединен зарядный конденсатор, входом блока формирования фронта служит вход первого инвертора , а выходом - выход элемента совпадения, в каждый из блоков формирования среза входят четыре инвертора, соединенные последовательно, выход четвертого инвертора присоединен кОдному из входов элемента - совпадения, второй вход которого соединен со входом второго инвертора, к выходу которого подсоединен зарядный конденсатор, входом блока форг-шрования среза служит вход первого инвертора, а выходом - выход элемента совпадения, выходы первого и второго блоков формирования фронта и блоков формирования среза соединены соответственно с первым и вторым входами основного и вспомогательного триггеров, выход основного триггера через блок компенсации подсоединен ко второму входу индикатора, выходы уси.пителейограничителей первого и второго каналов соединены соответственно со входами блоков формирования фронта и формирования среза первого и второго каналов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 318883, кл. G 01 R 25/00. 2.Гуй Руан, Соловьев Б.М. Измерение фазового сдвига между гармоническими колебаниями разных частот. Радиотехника, 1971, т. 26, №9, с. 62-66.