Цифровой фазометр Советский патент 1982 года по МПК G01R25/02 

(54) ЦИФРОВОЙ ФАЗСМЕТР

Изобретение относится к технике фазовых измерений и может быть использовано для точного измерения фазового сдвига между двумя гармоническими напряжениями Известен цифровой фазометр с непрерывным и равномерным вращением фазы сигнала квантующего генератора, содержащий два формирующих блока, управляемый триггер, непрерывный фазовращатель, два элемента совпадения, триггер, счетчик импульсов, делитель частоты, квантующий генератор блок фазовой автоподстройки частоты, делитель с регулируемым коэффициенто деления и блок регулировки коэффициента деления 1}. Недостатком этого устройства явля ется сложность аппаратуры. Наиболее.близким к изобретению по технической сущности является циф ровой фазометр, содержащий два формирователя, управляемый триггер, два элемента совпадения, счетчик импульсов, триггер, непрерывный фазовращатель, третийформирователь. делитель частоты, блок автоматики,блок управления скоростью вращения фазовращателя, блок фазовой автоподстрой ки частоты, содержащий задаияций гене ратор, фазовый детектор, фильтр нижних частот и блок поиска, генератор гармоник и полосовой фильтр 2. Для минимизации погрешности измерения и получения предельной разрешающей способности фазовращатель должен осуществлять равномерное в течение времени измерения вращение фазы сигнала задающего генератора. Недостатком данного фазометра является сложность аппаратуры при достижении высокой точности и разрешающей способности. Цель изобретения - упрощение аппаратуры при сохранении высокой точности и разрешающей способности. Поставленная цель достигается тем, что в цифровом фазометре,содержащем на входе два формирователя,выходы которых через последовательно соединенные управляемый триггер и два элемента совпадения соединены с счетчиком импульсов, второй вход первого элемента совпадения через третий формирователь соединен с блоком фазовой автоматической подстройки частоты (.ФАПИ), состоящим из задгиощего генератора, фазового детектора, соединенного с фильтром нижних частот и блока поиска, выход которого соединен с выходом фильтра ,нижних частот и входом задающего генератора, второй вход второго эле:мента совпадения через последователь .но соединенные триггер, блок автома.тики и делитель частоты соединен с выходом задающего генератора, один из входов, фазометра через поеледова.тельно соединенные генератор гармоник и полосовой фильтр соединен с первым входом фазового детектора, и блок управления, выход блока управт ления соединен с входом блока поиска, а вход - с выходом блока автрма1;ики, второй выход делителя частоты Соединен с вторым входом фазового , детектора. На фиг. 1 представлена блок-схема цифрового фа;зометра; на фиг. 2 диаграммы его работы. Фазом р состоит из формирователей 1 и Z, выходы которых через управляемый триггер 3 и два элемента 4 и 5 совпадения соединены со счетчико 6 импульсов, второй вход первого эле мента 4 совпадения через третий фор|мирователь 7 соединен с блоком ФАПЧ, jсостоящим из задающего генератора 8 фазового детектора 9, соединенного с фильтром 10 нижних частот и блоком 11 поиска, второй вход второго элегФёнта 5 совпадения через триггер 12, блок 13 автоматики и делитель 14 частоты соединен с выходом задающего генератора 8, один из входов фа зометра через.генератор 15 гармоник и полосовой фильтр 16 соединен с пер вым входом фазового детектора,вы- . ход блока 17 управления- через блок 11 поиска соединен с фильтром 10 нижних частот и задающим генератором 8, а вход соединен с первым выходом делителя 14 частоты , второй выход которого соединен с вторым входом фазового детектора 9. Фазометр работает следующим образом. На входы поступают гармонические колебания, фазовый сдвиг между которыми необходимо измерить. В формирователях 1 и 2 выделяются остроконечные импульсы, соответствующие переходу через нуль входных колебаВИЙ, под воздействием которых на ynf равляемом триггере 3 формируются npk моугрльныё импульсы с длительностью . :, : Ч - измеряемый фазовый сдвиг; -О) - угловая частота входных I - сигналов. , Прямоугольные импульсы поступают на первый элемент 4, совпадения. На второй вход которого поступают квантующие импульсы с третьего формирователя 7 с частотой задающего генера тора 8. Пачки квантующих импульсов через второй элемент 5 совпадения поступают на счётчик 6 импульсов и просчитываются им в течение времени, формируемого триггером 12, открывающим второй элемент 5 совпадения на время, определ яемое периодом следования импульсов с выхода делителя 14 частоты с помощью блока 13 автоматики Генератор 15 гармоник, подключенный к входу фазометра, создает спектр гармоник, кратных частоте входного сигнала. Нужная гармоническая составляющая выделяется полосовым фильтром 16 И поступает на первый вход фазового детектора 9. Выходное напряжение с выхода фазового детектора 9, проходя через фильтр 10 нижних частот, подстраивает частоту ифаз1Р сигнала заданмцего генератора 8 под выделенную полосовым фильтром 16 гармонику, обеспечивая целочисленное отношение частот входного сигнала и задающего генератора 8. Блок 11 поиска осуществлйет плавную перестройку частоты задающего генератора 8 до захвата в блоке ФАПЧ,а после установления синхронизма работает как фазовый модулятор сигнала задающего генератора 8, крутизна модулирующего напряжения определяется блоком 17 управления, а его период - блоком 13 автоматики. В данном цифровом фазометре функцию линейного изменения фазы сигнала задающего генератора 8 осуществляет блок ФАПЧ, благодаря тому, что сигнал с выхода задающего генератора 8 подается на фазовый детектор 9 не непосредственно, .а через делитель 14 частоты, при этом блок 11 поиска не отключается после установления синхронизма в блоке ФАПЧ, ai продолжает работать в режиме модулятора, т.е. вырабатывает линейно изменяющееся напряжение (ЛИН) в течение времени измерения, задаваемого блоком 13 автоматики с крутизной, задаваемой блоком 17 управления. Управление крутизной, модулирующего напряжения необходимо для того, чтобы изменение фазы сигнала задающего генератора 8 было равно 360 за время измерения, которое мож.ет изменяться в зависимости от частоты входного сигнала Если в петле регулирования блока ФАПч, находящейся .в режиме синхронизма, действует-модулирующее ЛИН (фиг. 2 я) , то рабочая точка перемещается по участку характеристики фазового детектора 9 (фиг. 26) между точками А и Б, а фаза сигнала на входе фазового детектора 9 с делителя -14 частоты изменяется в интервале А - б Фаза сигнала генератора 8 изменяется в интервале п(/д - Vg) , где п - коэффициент деления делителя 14 частоты. Для модуляции фазы в пределах 360°достаточно, чтобы п 3. Для линейности фазовой модуляции характеристика фазового детектора 9 Должна быть треугольной формы,что обеспечивает, например балансный диодный разовый детектор с равными уровнями входных сигналов. Раствор характеристики управления частотой задающего генератора 8 выби рается таким, чтобы модулирующее напряжение до установления синхронизма в блоке ФАПЧ было достаточно для перестройки задающего генератора 8 в требуемой полосе от f „ до ( Фиг. 26) . Таким образом, в данном фазометре исключается сложный узел - фазовращатель с сохранением принципа измере ния с равномерным вращением фазы ква тующих импульсов, что обеспечивает высокую точность и разрешающую способность. Кроме того, существенно снижаются требования к ширине спектра сигнала, -генерируемого генератором гармоник, так как выбранная гармоника сравнивается .по фазе в фазовом детекторе не с сигналом задающего генератора, а с сигналом с делителя частоты, имею щим частоту, меньшую не менее чем в 4 раза. Формула изобретения Цифровой фазометр, содержащий на входе два формирователя, выходы кото рых через последовательно соединенные управляемый триггер и два элемента совпадения соединены со счетчиком импульсов, второй вход первого элемента совпадения через третий формирователь соединен с блоком фазовой автоподстройки частоты, состоящим из задающего генератора, фазового детектора, соединенного с фильтром нижних частот и блока поиска, выход которого соединен с выходом фильтра нижних час тот и входом задающего генератора, второй вход второго злемента совпадения через последовательно соединенные триггер, блок автоматики и делитель частоты соединен с выходом заданицего генератора, один из входов фазометра через последовательно соединённые генератор гармоник и полосовой фильтр соединен с перв1Яъ( входом фазового детектора, и блок управления, о т л и ч ающи и с я тем, что, с целью упрощения, выход блока управления соединен с входом блока поиска, а вход - с выходом блока автоматики, второй выход делителя частоты соединен с вторым входом фазового детектора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 301638, кл.С 01 R 25/02,17.11.69. 2.Авторское свидетельство СССР 352231, кл.а 01 R 25/02,11.03.71.

ифд ЬчЛ

bv/

JgS

Л

МЙ

7

jif