Фазометр Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

(54) ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к фазоизмерительной технике, а именно к триггерным фазометрам. Известен фазометр, содержащий в каждом из двух каналов последовательно соединенные усилитель-ограничитель и делящий триггер, общий для двух каналов измерительный триггер, входы которого соединены с выходами делящих триггеров, а его выход - с входом индикатора, а также фильтр частот, вход которого подключен к выходу измерительного триггера, выход фильтра соединен с первыми входами пороговых блоков, а вторые их входы с выходом генератора импульсов, при этом выходы пороговых блоков соединены со счетным входом делящего триггера одного из каналов DJ . Однако наличие запасных участков на краях шкалы индикатора, в которые перебрасывается стрелка измерительного прибора при изменении фазовых СДВИГОВ, ухудшает помехоустойчивость прибора при растяжке шкалы. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является фазометр, содержащий в обоих каналах последовательно соединенные ограничитель и формирователь, во втором канале, кроме того, триггер со счетным входом, а также элемент И, измерительный триггер, входы которого соединены с выходами формирователей, и индикатор, вход которого соединен с выходом измерительного триггера, а также ключевые элементы, которые подключены к выходу формирователя одного из каналов - один непосредственно, а другой через инвертор, выход элемента И соединен со счетным входом дополнительного триггера, соединенного своими потенциальными выходами с управляющими входами ключевых элементов, при этом вход другого канала соединен со входом дополнительного ограничителя. 391 выход которого соединен со вторым входом элемента И Щ. На краях шкалы индикатора также имеются запасные участки, что также ухудшает помехоустойчивость устройства при растяжке (с целью повышения разрешающей способности фазометра) шкалы. Кроме того, в фазометре затруднена цифровая индикация измеренной разности фаз. Это обусловлено непропорциональностью длительности импульса на выходе измерительного триггера разности фаз, соответствующей показаниям индикатора в дополнительных зонах. Например, если стрелка индикатора находится в правом участке шкалы, то при измеряемом угле 5 будет большая длительность импульса, а з левом участке шкалы - малая. Цельизобретения - повышение поме хоустойчивости устройства. Поставленная цель достигается тем что в фазометр, содержащий в первом и втором канале соединенные последов тельно ограничитель и формирователь коротких импульсов, на выходе - изме рительный триггер и индикатор, а также дополнительный ограничитель, вход которого соединен с входом второго канала, два элемента совпадения первые входы которых подключены к выходам формирователя коротких импульсов в первом канале, дополнительный триггер и индикатор знака, введены фазовращатель, интегр тор и пороговый элемент, в качестве измерительного триггера используют . триггер с комбинированным запуском, а в качестве дополнительного - триггер с раздель.ным запуском, причем фазовращатель подсоединен к входу второго канала и выходом соединен с ограничителем в этом канале, вторые входы обоих элементов совпадения под ключены к выходу дополнительного огр ничителя, первый и второй установочные, входы измерительного триггера соединены соответственно .с выходами первого и второго элементов совпадения, а счетный вход - с выходом формирователя коротких импульсов во вто ром канале, кроме того, выходы обоих элементов совпадения соединены с входами дополнительного триггера, вх которого подключен к последовательно соединенным интегратору, порогЬвому элементу и индикатору знака. 0 4 На чертеже представлена функциональная схема фазометра. Фазометр состоит из двух каналов, содержащих ограничители 1 и 2, предназначенные для формирования прямо-, угольных импульсов, временное положение фронтов которых совпадает с моментами перехода входного сигнала через нуль. Последовательно с ограничителями соединены формирователи 3 и t коротких импульсов, причем формирователь 3 коротких импульсов в первом канале имеет два выхода, с одного из которых снимаются короткие импульсы, соответствующие положительным переходам второго сигнала через нуль, а со второго - отрицательным. Эти выходы соединены со входами элементов 5 и 6 совпадения. Импульсы на выходе формирователя 4 коротких импульсов во втором канале соответствуют одному из переходов входного сигнала через нуль. Фазовращатель 7 подсоединен ко входу второго канала и выходом соединен с ограничителем 2, кроме того, ко входу второго канала подсоединен дополнительный ограни-читель 8, Общими для обоих каналов являются соединенные последовательно измерительный триггер 9 и индикатор 10. При этом измерительный триггер 9 выполнен по схеме с комбинированным запуском, установочные входы его соединены с выходами элементов 5 и 6 совпадения, а счетный вход - с выходом формирователя k коротких импульсов. Выходы элементов 5 и 6 совпадения соединены со входами дополнительного триггера 11, который выполнен по схеме с раздельным запуском, выход дополнительного триггера 11 подключен к последовательно соединенным интегратору 12, пороговому элементу. 13 и индикатору 14 знака. Устройство работает следующим образом. Если в процессе измерения сдвиг фаз Ц между входными сигналами находится в пределах О ВО или IBO Н ЗбО°, то один из импульсов на выходе формирователя 3 коротких импульсов совпадает во времени с появлением, например, положительного импульса на выходе дополнительного ограничителя 8 и проходит через один из элементов 5 или 6 совпадения на один из установочных входов измерительного триггера 9, устанавливая его в состояние О или 1. При этом импульс на выходе формирователя k коротких импульсов,поступающий на счетный вход измерительного триггера 9 уста навливает его в противоположное состояние. Так на выходе измерительного триггера 9 появляется последовательность импульсов, длительность которы несет информацию об измеряемой разности фаз. При аналоговом измерении постоямная составляющая импульсов на выходе измерительного триггера 9 пропорцио нальная измеряемой разности фаз,подается на индикатор 10, например стрелочный прибор. При цифровом измерени в индикаторе 10 осуществляется запол нение импульсов с выхода триггера 9 импульсами квантующей частоты, подсче:Т числа квантующих импульсов, про порционального измеряемой разности фаз, и цифровая индикация результато измерения. При /Р о (360°) и оба импульса с выхода формирователя 3 .коротких импульсов попадают во време ни на края положительного импульса, на выходе дополнительного ограничителя 8, поэтому для надежной работы фазометра можно предусмотреть ассиметрию этого ограничителя 8 так, чтобь) оба импульса появлялись на выходах обоих элементов 5 и 6 совпадения. Измерительный триггер 9 переклю .чается с приходом Каждого счетного импульса и каждого из установочных импульсов, появляющихся во времени перед счетным, а установочный импульс, следующий после счетного , .лишь подтверждает предыдущее состояние измерительного триггера 9. С уметом сдвига фаз на 90 вносимого фазовращателем 7, импульсы, поступающи на счетный вход измерительного триггера 9 с выхода формирователя k корО ких импульсов, не совпадают во времё ни с установочными не менее, чем на 1/Ц периода входных сигналов.из-за чего исключаются зоны неустойчивой работы измерительного триггера,. Следовательно, при 45iO(360°) короткиеимпульсы на входе,например, установки единицы измерительного : триггера 9 приходят перед счетными и на выходе триггера формируются импульсы минимальной длительности, при мерно равной 1/4 периода входных сиг налов. При аналоговом методе измерения постоянная составляющая этих импульсов компенсируется при установке нуля в индикаторе 10, а при цифровом число квантующих импульсов, пропорциональное 1/ периода, принимается за нуль. При Ф 180 временное положение установочных импульсов относительно счетного .противоположно и длительность выходных импульсов максимальна, примерно равна 3/ периода. При нарастании фазы в пределах О 180 длительность импульсов на выходе измерительного триггуера 9 увеличивается от 1/4 перирда до 3/ периода, а D пределах 13О.- Збо - убывает от 3/ до l/t периода. В этих интервалах фазовых сдвигов лишь один из импульсов с выхода формирователя 3 коротких импульсов попадает на один из установочных входоё измерительного триггера 9. При. воздействии флюктуации импульсы с выхода формирователя 3 кopotкиx импульсов пульсируют на краях положительного импульса дополнительного ограничителя 8, что может приводить к индикации разрешающей способности выходы элементов 5 и 6 совпадения соединены со входами дополнительного триггера 11, который при наличии импульсов народном из его входов устанавливается в соответствующее состояние. Постоянное напряжение через интегратор 12, например, интегрирующую RC-цепь с выхода дополнительного, триггера 11 подводится ко входу порогового элемента 13, например, дифференциального усилителя, второй вход которого подключен, например, к эталонному постоянному напряжению, равному половине разности напряжений на выходе дополнительного триггера 11 в выключенном и включенном состоянии. В зависимости от уровня напряжения на выходе дополнительного триггера 11 пороговый элемент 13 переключается в одно из двух состояний и с помощью индикатора 14 знака подсвечивает шкапу или знак измеренной разности фаз. При попадании двух импульсов на выходы дополнительного триггера 11, что имеет место при воздействии фазовых флюктуации и значении измеряемых углов в окрестности О (360) и 180, он переключается, и среднее значение напряжения на выходе интегратора 12 равно напряжению на втором входе порогового элемента ТЗ- При этом пороговый элемент 13 либо включен в любо,е положение и индицируется любой знак, либо 79 находится в среднем положении и знак не индицируется, что не искажает результат измерения. Если среднее значение разности фаз смещается относительно О (360) или 180, изменяется и среднее значение напряжения на выходе интегратора 12 и фазометр четко индицирует знак среднего значения измеряемого угла. В предлагаемом фазометре реализуется полигональная характеристика индикатора (зависимость показаний индикатора от измеряемой разности фаз). Эта характеристика не имеет разрывов в отличие от характеристик известных триггерных фазометров и позволяет реализовать непрерывную шкалу отсчетов, типа круговой. При использовании в качестве индикаторов обычных стрелочных приборов такую шкалу можно выполнить оцифровкой ее слева направо, например, от 0 до 180(допустим, верхняя шкала) и справа налево, напри мер, от 180° до 360° (нижняя шкала). При воздействии фазовых флюктуации положение стрелки остается на определенном участке шкалы, соответствующем среднему значению измеряемой величины, не происходит ее пеГ еброс с одного конца шкалы на другой. Этим достигается повышение по.мехоустойчивости индикации. Неоднозначность отсчета устраняется путем подсветки шкалы, например, с помощью светодиодов, включаемых индикатором знака. Введение фазовращателя обеспечивает разнос во времени импульсов,поступающих на входы измерительного триг. гера, не менее, чем на четверть периода входных сигналов, из-за чего исключаются зоны неустойчивых пока3 а ни и . ..V. 13 пределах каждой шкалы длительность импульсов на выходе измерительНОГ.О триггера пропорциональна измеряемой разности фаз, что дает возможность осуществить цифровую индикацию (индикатор знака в этом случае указывает знак измеренной величины). Фазометр обеспечивает высокую помехоустойчивость без дополнительны) зон отсчетной шкапы, позволяет просто реализовать цифровой отсчет, удобен 88808 для выполнения на интегральных микросхемах.Он может быть использован в качестве самостоятельного прибора диапазон частот при этом определяs ется фазовращателем на 90), но особенно - в качестве индикаторного устройства в фазометрах с преобразованием частоты, Формула изобретения Ю Фазометр, содержащий в первом и втоР° канале соединенные последователь ° ограничитель и формирователь корот импульсо.в, на выходе - измеритель Ь1Й триггер и индикатор, а также is Дополнительный ограничитель, вход которого соединен с входом второго канала, два элемента совпадения, первые входы которых подключены к выхо« формирователя коротких импульсов го дополнительный триг Р индикатор знака, отличаюЩ и и с я тем, что, с целью повыше помехоустойчивости, в него введе i фазовращатель, интегратор и порого25 элемент, в качестве измерительного триггера используют триггер с комбиниРованным запуском, а в качестве доНолнительного - триггер с раздельным запуском, причем фазовращатель подсоезо « ° второго канала и выхоД° соединен с ограничителем в этом канале, вторые входы обоих элементов совпадения подключены к выходу дополнительного ограничителя, первый и вто,с Р° установочные входы измерительного триггера соединены соответственно с выходами первого и второго элементов совпадения, а счетный вход - с выходом формирователя коротких импульсов до ° °Р° «Р « ходы обоих элементов совпадения соединены ncnoi с входами дополнительного триггера, вход кс торогО подключен к последован н н v,j. /ц оа тельно соединенным интегратору, поро i ну, элементу и индикатору знака, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . . Авторское свидетельство СССР о 359611, кл. G 01 R 2S/Q, 1970. 2. Авторское свидетельство СССР № 397851, кл. G 01 R 25/00, 1971.