Фазометр Советский патент 1982 года по МПК G01R25/00 

(5) ФАЗОМЕТР

1

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в автоматических измерительных системах с большим числом источников информации на входе, а также для исследования изменения фазового сдвига во времени путем осуществления его непрерывного контроля.

Известны фазометры, осуществляющие измерение фазового сдвига за один период, содержащие формирователи коротких импульсов, триггеры, элементы совпадения, генератор импульсов и электронные -счетчики ij.

Однако для большинства из них ; характерны ограниченный частотный диапазон, необходимость настройки при изменении частоты исследуемого сигнала, зависимость погрешности измерения от стабильности какоголибо опорного источника. Перечисленные недостатки не позволяют применять эти фазометры в автоматических

системах с большим числом источников информации на входе при условии изменения частоты исследуемых сигналов в некотором диапазоне.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь фазового сдвига во временной интервал, содержащий источник опорного напряжения, три триггера, два формирователя коротких импульсов, выход одного из которых подключен к первому входу первого триггера, а выход другого - ко второму входу первого триггера и к счетному входу второго триггера, два интегратора, три ключа, входы второго и третьего ключей соединены с выходами второго триггера, а выходы первого и второго ключей соединены со входами интеграторов, выход источника опорного напряжения соединен с информационными входами первого и второго ключей, инвертор,.выход которого соединен со входом третьего ключа, и детектор нуля, вход которого соеди нен с выходом первого интегратора,а выход - с одним из входов третьего триггера, второй вход которого соединен с выходом второго триггера. Это устройство позволяет измерять фазовый сдвиг независимо от частоты исследуемого сигнала, при этом точность измерения не зависит от стабильности опорного источника напряжения zj . Однако несмотря на указанные достоинства ему присущ ряд недостатков: во-первых, измерение фазового сдвига осуществляется не за один, а 3.3 два периода сигнала, во-вторых по окончании замера не осуществляет ся автоматическая подготовка устрой ства к проведению очередного замера в следующем периоде, для чего необходимо разрядить до нуля интегратор Указанные недостатки приводят к тому, что известное устройство нельзя использовать для непрерывного контроля фазового сдвига, а в случае использования его в составе автоматической измерительной системы с большим числом источников информации на входе общее время измерения увеличивается минимум в два раЗа. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет измерения и регистраци результата за один период исследуемого сигнала. Поставленная цель достигается те что в фазометр , содержащий источни опорного напряжения, два триггера и два формирователя коротких импуль сов, выход одного из которых подклю чен к первому входу первого триггера, .а выход другого - ко второму входу первого триггера и к счетному входу второго триггера, два интегра тора, три ключа, входы второго и третьего ключей соединены с выходами второго триггера, а выходы первого и второго ключей соединены со входами интеграторов, .выход -источника опорного напряжения соединен с информационными входами первого и второго ключей, введены два элемента совпадения, третий и четвертый формирователи коротких им пульсов , пять ключей, два интегратора и аналоговый делительный блок, причем выход первого триггера соединен с первыми входами элементов совпадения, выходы которых соединены с управляющими входами соответственно первого и четвертого ключей, первый выход второго триггера соединен со вторым входом второго элемента совпадения, со входом третьего формирователя коротких импульсов и с управляющими входами пятого и восьмого ключей, второй выход второго триггера соединен со вторым входом первого элемента совпадения, со входом четвертого формирователя коротких импульсов и с управляющими входами шестого и седьмого ключей, выход источника опорного напряжения соединен с информационными входами третьего и четвертого ключей, выходы которых соединены с первыми входами соответственно второго и третьего интеграторов,которые подключены выходами к информационным входам соответственно шестого, седьмого ключей, выход . третьего формирователя коротких импульсов соединен со вторыми входами первого и четвертого интеграторов, выход четвертого формирователя коротких импульсов соединен со вторыми входами второго и третьего интеграторов, выходы пятого и шестого ключей соединены с первым, а выходы седьмого и восьмого ключей - со вторыми входами аналогового делительного, блока, выходы первого и четвертого интеграторов соединены соответственно со входами пятого и восьмого ключей. На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого фазометра; на фиг.2 - временные диаграммы напряжений в соответствующих точках фазометра, работающего в режиме непрерывного измерения фазы за каждый период исследуемого сигнала. Фазометр содержит первый и второй формирователи 1 и 2, первый и второй триггеры 3 и 4, первый и второй элементы 5 и 6 совпадения,источник 7 опорного напряжения, первые четыре ключа 8-11, четыре интегратора 12-15, вторые четыре ключа 16-19, аналоговый делительный блок 20, третий и четвертый формирователи 21 и 22 коротких импульсов. Первый вход фазометра через первый формирователь 1 соединен с первым входом первого триггера 3. Второй вход фазометра через второй формирователь 2 соединен со вторым входом . первого триггера 3 и со счетным входом второго триггера k. Выход источника 7 опорного напряжения соединен

с информационными входами первого 8, второго 11, третьего 10 и четвертого 9 ключей, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого 12, второго 13 третьего 1 и четвертого 15 интеграторов, подключенных выходами к информационным входам соответственно пятого 16, шестого 17, седьмого 18 и восьмого 19 ключей. Выход первого триггера 3 соединен с первыми входами первого и второго элементов 5 и 6 совпадения. Первый выход второго триггера соединен со вторым входом второго элемента 6 совпадения, управляющими входами третьего 10, пятого 16 и восьмого 19 ключей, а также со входом третьего формирователя 21, выход которого соединен со вторыми входами первого 12 и четвертого 15 интеграторов,Второй выход второго триггера k соединен со вторым входом первого элемента 5 совпадения, с управляющими входами четвертого 9, шестого 17 и седьмого IS ключей, а также со входом четвертого формирователя 22, выход которого соединен со вторыми входами второго 13 и третьего И интеграторов. Выход первого элемента 5 совпадения соединен с управляющим входом второго ключа 11. Выходы пятого 16 и шестого 17 ключей соединены с первым, а выходы седьмого 18 и восьмого 19 ключей - со вторым входами аналогового делительного блока 20, выходы первого 12 и четвертого 15 интеграторов соединены соответственно со входами пятого 16 и восьмого 19 ключей,

фазометр работает следующим образом.

В исходном состоянии на вход первого формирователя 1 поступает си|- нал V, а на вход второго формирователя 2 - сигнал /2, относительно которого измеряется фаза сигнала V. В момент перехода сигналов V и V2 через нулевой уровень от отрицательного значения к положительному на выходах первого 1 и второго 2 формирователей образуются короткие импульсы, которые, поступая на входы триггера 3, Формируют на его выходе Vy временной интервал t, пропорциональный фазовому сдвигу f , причем

(;i/T,

где Т - период сигналов Л и V ,

На двух противофазных выходах (V и V. ) счетного триггера поочередно формируются временные интервалы, равные периоду Т сигнала V. В зависимости от наличия сигналов на выходах Vg и M-f триггера Ц временной интервал t формируется либо на выходе первого элемента 5 совпадения,

либо на выходе V второго элемента 6 совпадения.

Сигналы Vg , Vg, V и / управляют работой соответственно первого Ь, второго 11, третьего 10 и четвертого

9 ключей, которые коммутируют на входы соответственно первого 12, второго 13, третьего Ц и четвертого 15 интеграторов выход источника 7 опорного напряжения, осуществляя тем самым их заряд. Первый 12 и второй 13 интеграторы заряжаются в течение времени t до напряжения

где С - постоянная времени, одинаковая у всех четырех интеграторов.

Третий k и четвертый 15 интегра-торы заряжаются в течение времени Т до напряжения V/(V)-- VonT/Г.В первом периоде сигнала V заряжается первый 12 и третий Т интеграторы, в следующем второй 13 и четвертый 15 интеграторы, затем опять первый 12 и третий Ц интеграторы и т.д. Пятый 16, шестой 17, седьмой 18 и восьмой 19 ключи по сигналам Vx и Vy осуществляют подключение на время Т в каждом из периодов, сигнала V ко входам аналогового делительного блока 20 поочередно выходов одной из пар интеграторов 12-15i причем подключается та пара интеграторов, которая в данном периоде не заряжается. Таким образом, фазометр работает в двухтактном режиме. В каждом из периодов сигнала V-j одна пара интеграторов заряжается, формируя тем самым результат измерения, в это время выходы другой пары интеграторов подключаются ко входам аналогового делительного блока 20, с выхода которого осуществляется регистрация результата измерения, в следующем периоде пары интеграторов меняются выполняемыми функциями и т.д. По окончании очередного периода с помощью формирователей коротк импульсов сигналами торые подаются на вторые ( управляю utwe входы интеграторов, осуществляется разряд пары интеграторов, выходы.которой в данном периоде под ключены ко входам аналогового дели тельного блока 20. Тем самым данная пара интеграторов подготавливается к формированию результата измерени в следующем периоде. На выходе аналогового делительно го блока 20 формируется сигнал /ы равный в одном периоде отношению сигналов -г , в последующем - , м Ч- к затем опять - и т.д. М4 Таким образом, И . Уопа/т; : vfT ц ь1х -Von( т аст 2jr Из этой формулы вытекает., что If 2 7 Vgj,, , а значит результат измерения не зависит от частоты сиг налов V и V2 и от стабильности напряжения Vpn на выходе источника 7 опорного напряжения. Так как в первом периоде ко входу аналогового делительного блока 20 подключается пара интеграторов, на котх)рой еще не успел сформироваться результат, то в этом периоде результат измерения не регистрируется. Для управления режимом регистрации результата измерения могут использоваться сигналы Vyp и V с выходов формирователей 21 и 22, сигнализи рующие об окончании очередного пери ода, а следовательно, об окончании формирования результата измерения н одной из пар интеграторов. Преимуществом предлагаемого фазо метра является то, что он наряду с сохранением всех достоинств известного устройства (независимость ре-, зультата измерения от частоты иссле дуемого сигнала и отсутствие влияния стабильности источника опорного напряжения на томность измерения) позволяет обеспечивать за один период и измерение, и регистрацию результата, причем время .регистрации равно длительности периода исследуемого сигнала. Это достигается за счет организации двухтактного режима работы , при котором происходит совмещение процессов измерения и ре гистрации во времени посредством проведения по одному каналу измерения, а по другому регистрации ре8зультата, полученного в предыдущем периоде. В результате общее время измерения и регистрации равняется - Т(п+1j, где число замеров, а время проведения одного замера . НИИ) - т ит.АЛ .. - I ТГ При использовании предлагаемого фазометра в составе автоматических измерительных систем с большим числом источников информации t.,f npai тически равно Т, так как j jfl-T и Это позволяет по сравнению с известным устройством, где измерение и ре-, гистрация осуществляются за два периода, как минимум вдвое повысить эффективность автоматической измерительной системы. Другим достоинством предлагаемого фазометра является возможность его использования для непрерывного измерения фазового сдвига в каждом из периодов исследуемого сигнала, которая достигается за счет проведения в конце каждого периода автоматической подготовки схемы для осуществления замера в следующем периоде. Формула изобретения Фазометр, содержащий источник опорного напряжения, два триггера и два формирователя коротких импульсов, выход одного из которых подключен к первому входу первого триггера, а выход другого - ко второму входу первого триггера и к счетному входу второго триггера, два интегратора и три ключа, входы второго и третьего ключей соединены с выходами второго триггера, а выходы первого и второго ключей соединены со входами интеграторов, выход источника опорного напряжения соединен с информационными входами первого и второго ключей ,отличающийся тем, что, с целью расширения функциоиальHbix возможностей, в него введены два элемента совпадения, третий и четвертый формирователи коротких импульсов, пять ключей, два интегратора и аналоговый делительный блок, причем выход первого триггера соединен с первыми входами элементов совпадения, выходы которых соединены с управляющими входами соответственно первого и четвертого ключей, первый выход второго триггера соединен со вторым входом второго элемента совпадения, со входом третьего формирователя коротких импульсо в и с управляющими входами пятого и восьмого ключей, второй выход вто- рогр триггера соединен со вторым входом первого элемента совпадения, со входом четвертого формирователя коротких импульсов и с управляющими входами шестого и седьмого ключей, выход источника опорного напряжения соединен с информационными входами третьего и четвертого ключей, выходы которых соедине ны с первыми входами соответственно второго и третьего интеграторов,подключенных выходами к информационным входамсоответственно шестого, седЬ мого ключей, выход третьего формирователя коротких импульсов соединен g S10 со вторыми входами первого и четвертого интеграторов, выход четвертого формирователя коротких импульсов соединен со вторыми входами второго и третьего интеграторов,выходы пятого и шестого ключей соединены с .первым, а выходы седьмого и восьмого ключей со вторыми входами аналогового делительного блока, выходы первого и четвертого интеграторов соединены соответственно со входами пятого и восьмого ключей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Вишенчук И.М. и др. Электромеханические и электронные фазометры. Госэнергоиздат, 19б2. 2.Авторское свидетельство СССР W 67В666, кл. G 01 R 25/00,03.12.76.

t/1

и, 3

и,

5

Us

fJl

в

9

УН

и,,

УП 13

%

4,.

зона

Фиг.г