Цифровой фазометр Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

(54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения и индикации в цифровой форме разнос ти фаз между двумя гармоническими сигналами. Известно устройство для измерения разности фаз с цифровым отсчетом , содер жащее входные формирователи, два генератора импульсных последовательностей с различными частотами следования импульсов, которые определяют задаваи 1ый коэффициент, масштабного преобразования фазового интервала, сравнивающий блок, счетчик импульсов с цифровым отсчетным блоком и блок управления 1 . Недостатком устройства является низкая точность измерения величины фазового сдвига из-за погрешностей вносимых блоком сравнения, узлом масштабного преобразования фазовых интервалов и нестабильностью формирования импульсных последовательностей .. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности явтется устройство для измерения фазовых сдвигов с цифровым отсчетом результата измерения,содержащее формирователи перехода образцового и .исследуемого напряжений через Нулевые значения, соответствукяцие нача- . лам периодов, первый и второй генераторы пилообразного напряжения, элемент сравнения, счетчрпс импульсов с цифровым отсчетным блоком, блок управления, содержащий два электронных ключа, а также триггер управления и триггер запуска первого и второго генераторов пилообразных напряжений, двухвходовый электронный ключевой блок, подключенный выходом к счетчику импульсов, а входом к выходу формирователя сигналов перехода образцового напряжения через нулевое значение и выходу триггера запуска первого генератора 2. Однако указанное устройство не обеспечивает вьгсокой точности измерения фазовых сдвигов наличия нелинейности развертывающих пилообразных наттряжений. Причём, возможность повышения

3 9002154

точности у них ограничена предельнымгеров блока управления соединены с вызначением коэффициента масштабного пре- ходом элемента сравнения, а выходы перобразования, который зависит от величин амплитуд развертывающих напряжений, скорости их нарастания, диапазона оравниваемых напряжений и порога чувствительности нуль-органов. Кроме того, с ростом коэффициента масштабного преобразования фазового интервала момент сравнения перемешается в область малой крутезны экспоненциальных функций, где небольшие погрешности дискриминации уровня приводят к значительньм временным п грешностям. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фазометр, содержащий формирователи импульсов, первый и второй генераторы пилообразных напряжений элемент сравнения, счетчик импульсов, блок управления, состоящий из последовательно соединенных триггера управления, первого электронного ключа , триггера запуска первого генератора пилообразного напряжения, второго электронного ключа и триггера запуска второго генератора пилообразного напряжения, причем вторые входы первого и второго электронных ключей соединены соответст венно с выходами первого и второго фор мирователей импульсов, первый двухвходовый электронный ключевой блок, подключенный выходом к счетчику импульсо а входами - к выходу первого формирова теля импульсов и выходу триггера запус ка первого генератора пилообразного напряжения, дополнительно введены первый и второй двухвходовые элементы ИЛИ, „вспомогательный триггер и второй двухвходовый электронный ключевой блок, один вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, а другой объединен с одним из входов второго двухвходового элемента ИЛИ и подключен к выходу триггера запуска второго генератора пилообразного напряжения, а выход соединен со счетным входом вспомогательного триггера, выход которого подключен к объединенным входам первого и второго двухвходовых элементов ИЛИ, чьи выходы соедине ы соответ ственно со входами первого и второго генераторов пилообразных напряжений, второй вход первого двухвходового элемента ИЛИ соединен с выходом триггера запуска первого генератора пилообразного напряжения, кроме того нулевые входы вспомогательного триггера и триг вого и второго двухвходовых элементов ИЛИ соединены соответственно со входами первого и второго генераторов пилообразных напряжений. На фиг,1 приведена функциональная схема цифрового фазометра; на фиг, 2 временная диаграмма его работы. Устройство состоит из входных фор- мирователей 1 и 2,триггера 3 управления, первого электронного ключа 4, триггера 5 запуска первого генератора пилообразного напряжения, второго электронного ключа°6, триггера 7 запуска второго генератора пилообразного напряжения первого авухвкоаового электронного ключевого блока 8, ивук- вхоаовых элементов ИЛИ 9 И 10, второго двухвходового электронного ключевого блока 11, счетчика 12 импульсов; генераторов 13 и 14 пилообразных напряжений, вспомогательного триггера 15, элемента сравнения 16, блока 17 управления. Причем, образцовое UQ и исследуемое (Jy; напряжения подаются на входы формирователей I и 2, На вход триггера 3 управления поступает сигнал U соответствующий началу измерения. Цифровой фазометр работает следующим образом. Перед началом измерения все триггерынаходятсявсос оянии о Ггенёра,р отключены. Образцовое UQ и исследуемое U напряжения, сдвинуты по фазе на угол f , подаются на входы формирователей 1 и 2 импульсов, По сигналуич)г1п разрешающему измерение в момент времени -t триггер 3 управления переключается в состояние 1 и.открывает первый электронный ключ 4, В момент времени tg перехода образцового напряжения UQ через нулевое значение, соответствующее началу периода, формирователь I вырабатывает импульсный сигнал и , который через первый электронный ключ 4 переключает триггер 5 в состояние 1, Выходным сигналом триггера 5, открываются электронный ключ и первый двухвходовый электронный ключевой блок 8, при этом, на счетчик 12 начинают поступать импульсы, сформированные формирователем 1 из сигналов перехода образцового напряжения через нулевые значения и с помощью 59 элемента ИЛИ 9 запускаегся генератор 13 пилообразного напряжения, В момент BpavjeiiH 1:3 перехода исследуемого напряжения (Jy через нулевое значение, соответствующее началу периода сигнал U. формирователя 2 через открытый второй электронный ключ 6 устанавливает триггер 7 в состояние 1, Выходным сигналом триггера 7 с помощью элемента ИЛИ 10 запускается гене- рагор пилообразного напряжения 14 и открывается электронный ключевой блок 11 В момент времени fc очередным импульсом и 2 . сформированным из сигнала перехода исследуемого напряжения че- рез нулевое значение, триггер 15 переключается в состояние О. Выходным сигналом триггера 15 с помощью элементов ИЛИ 9 и 1О осуществляется синхронное изменение наклонов напряжений, вырабатываемых генераторами пилообразных напряжений 13 и 14. В дальнейщем по приходу каждого очередного импульса, вырабатываемого формирователем 2 с помощью электронного ключевого бло ка 11, триггера 15, элементов ИЛИ 9 и 1О осуществляют пер1иодическое и синхронное изменение направления изменения |напряженир 1, вьфабатываемых генёраторсэм 13 и 14, чередуя их возрастание и убывание, причем, соотношение между наклонами при возрастании и убывании задают одинаковыми. Кроме того, пилообразные напряжения , вьфабатываемые генераторами 13 и 14 постоянно сравниваются между собой элементом сравнения 16. В момент tj равенства этих напряжений элементом сравнения 16 вьфабаты- вается импульсный сигнал ,. который устанавливает все триггеры в исходное состояние. При этом все ключи аакрываются и счет импульсов прекращается. На этом цикл измерения заканчивается и если вьшолнено определенное со отношение между скоростями и К.2-Ьо о6 изменения линейно изменяющихся напряжений равное К/5tgot--г . . -дд- т / г У .-K.. где Jf l,2... любое целое положительное число, характеризующее количество оцениваемых разрядов, то счетчик 12 импульсов фиксирует цифровое значение разности фаз, а of, и р) - тлы наклонов линейно изменяющихся напряжении. Повыщение точности измерения фазовых сдвигов достигается снижением влия- 156 кия нелинейности развертывающих напряжений. Это обеспечивается за -счет уменьщения используемой длительности рабочего хода и величины амплитуд развертывающих напряжений.: Временной интервал пропорциональный: фазовому интервалу -fc f f получаемый в результате. расширения с помощью линейно изменяющихся напряжений, определяется равенством: в выражении (1) . - коэффициент нелинейности линейно изменяющихся напряжений, который в общем случае определяется вьфажением производные линейно изменяющихся напря- жений и (-t ) в начале и конце рабочего хода. Анализ вьфажения ( 1) показывает, что при -7 О второе слагаемое правой части равенства также стремится к нулю и процесс преобразования фазового интервала идеален, т.е. Тц) ) . .В данном цифровом фазометре для цепей масштабного преобразования выделенного фазового интервала используются начальные участки линейно изменяющихся развертывающих напряжений, что в соответствии с выражением (2) равносильно уменьшению нелинейности развертывающих напряжений, так как уменьшается длительность рабочего хода генераторов. А уменьшение коэффициента нелинейности , как следует из вьфажения (1), приводит к уменьшению погрешности масштабного преобразования фазового интервала и, следовательно, к повышению точности измерения фазовых сдвигов. Причем, введение в устройство дополнительных элементов, позволяющих в процессе преобразования и измерения фазового интервала осуществлять периодическое и синхронное изменение наклонов пилообразных развертывающих напряжений, позволяет также увеличить значение коэффициента масштабного преобразования, без предъявления какихлибо дополнительных требований к длигельноста рабочего хода и волгчинам ам-

ппитуд развертывающих напряжений, скоросги их изменения, диапазону сравниваемых напряжений, порогу чувствительностги используемых нуль-органов, что также приводит к повышению точности цифрового измерения фазовых сдвигов.

Крюме того, момент сравнения пере- мадается в область большой крутизны развертывающих функций, что уменьшает мертвую зону работы элемента сравнв ния и уменьшает временные погрешности масштабного преобразования фазовых интервалов, что также приводит к повышению точности измерения.

Технический эффект заключающийся в уменьшении погрешности масштабного преобразования фазового интервала, повышения точности измерения фазовьге сдвигов и достигаемый в данном цифровом фазометре наглядно виден на временной диаграмме (фиг. 2). Здесь развертывающие напряжения изображены i сплошными линиями - для изобретения, а штриховыми; - для известного цифровых фазометров, Штрихпунктирньгми линиями показан процесс преобразования и измерения фазовых сдвигов, когда нелинейность развертывающих напряжений рав:на нулю (. О).

Формула изобретения

Цифровой фазометр, содержащий формирователь импульсов, первый и второй генераторы пилообразных напряжений, элемент сравнения, счетчик импульсов, блок управления, состоящий из последо- вательно соединенных триггера управления, первого электронного ключа, триггера запуска пербого генератора пилообразного напряжения, второго электронного ключа и триггера запуска второго генератора пилообразного напряжения, причем вторые входы первого и второго

электронных ключей соединены соответственно с выходами первого и второго формирователей импульсов, первый двух- входовый электронный ключевой блок,под-

ключенный выходом К счетчику импульсов, а входами - к выходу первого формирователя импульсов и выходу триггера запуска первого генератора пилообразного напряжения, отличаюш и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены первый и второй двухвходовые элементы ИЛИ, вспомогательный триггер и второй двухвходовый электронный ключевой

блок, один вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, а другой объединен с одним из входов второго двухвходового элемента ИЛИ и подключен к выходу триггера запуска

второго генератора пилообразного напря жения, а выход соединен со счетным вхо- дом вспомогательного триггера, выход Которого подключен к объединенным входам первого и второго двухвходовых

элементов ИЛИ, чьи выходы соединены соответственно со входами первого и второго генераторов пилообразных напряжений, второй вход первого двухвходового элемента ИЛИ соединен с выхо-

дом триггера запуска первого генератора пилообразного напряжения, кроме того нулевые входы вспомогательного триггера и триггеров блока управления соединены с выходом элемшта сравнения, а выходы первого и второго двухвходовых элйлентов ИЛИ соединены соответственно со входами первого и второго генераторов пилообразных напряжений.

Источники информации, принятЪ1е во внимание при экспертизе

N5 270065, кл. а 01 R 25/08, 1969.

3sfe ЗО8382, кл. в Ol R 25/О9, 1971.