Цифровой фазометр Советский патент 1982 года по МПК G01R25/08 

снижает быстродействие фаэсилетра и вносит в результа,т.измерения динамическую погрешность.

Целью изобретения является повылиение быстродействия цифрового фаэометра.

Цель достигается тем, что цифровой фазометр, содержащий генератор опорной частоты, делитель частоты, первый и второй электронные ключи, блок управления, формирователь импульсов и блок функционального преобразования частоты, состоящий из управляюще го счетчика и. двух двоичных умножителей частоты, причем установочный вход блока .функционального преобразо вателя частоты через формирователь импульсов соединен -с управляющим входом первого электронного ключа и выходом, блока управления, ,другой выход блока управления соединен с управляющим входом второго электронного ключа, выход генератора опорной частоты соединен с входом первого электронного ключа и через делитель гастоты - с входом второго электронного ключа, снабжен управляемым делителем частоты, управляющий вход которого соединен.с выходом второго электронного ключа, сигнальный вход подключен к выходу первого электронного ключа, а выход соединен с сигнальным входом блока функционального преобразования частоты.

На фиг.1 представлена функциональная блок-схема предлагаемого цифрового фазометра; на фиг.2 - временные диаграммы его работы.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 опорной частоты Гд , делитель 2 частоты и . первый электронный ключ 3, причем выход генератора 1 подключен к входу второго электронного ключа .4, управляемый делитель 5 частоты, состоящий из управляющего счетчика б, вспомогательного счетчика. 7 и соединяющих их элементов И 8, причем входы управляющего счетчика 6 и вспомогательного счетчика 7 подключены к выходам соответствующих электронны ключей 3 и 4,блок 9 функционального преобразования частоты,состоящий из управляющего счетчика 10,умножителей 11 и 12 частоты, первый из которых связан с выходом вспомогательного счетчика 7 управляемого делителя 5 частоты, групп элементов И 13 и 14, входы которых подключены к выходам счетчика 10 и соответственно умножителей 11 и 12, и элементов ИЛИ 15 и 16, подключенных к соответствующим группам элементов И 13 и 14, причем выход элемента ИЛИ 15 соединен с входом умножителя 12, а выход элемента ИЛИ 16 связан . с входом управляющего счет-чика 10, блок 17 управления, состоящий из триггера 18 с подключенными к нему формирователями 19 и 20, один выход которого подключен к первому электронному ключу 3, а другой - к второму электронному ключу 4 и через формирователь 21 импульсов к установочному вxoдy счетчика 10 блока 9 функциональнрго преобразования частоты.

Работа прибора основана на измерении в пределах одного периода Tjj интервала времени Vy между соседними переходами через нуль двух исследуемых напряжений, сдвиг фаз междкоторыми должен .быть измерен с последующим автоматическим преобразованием в течение времени результата измерения этого интервала в цифровой отсчет, представленнЕй непосредственно в единицах измерения угла сдвига фаз (например, в градусах или радианах), путем моделированич гиперболической зависимости )|. х/ТХ

Фазометр работает следующим обраэрм.

Генератор 1 опорной частоты вьфабатывает импульсы с частотой

о т (диаграмма 22, фиг.2), которые поступают на вход электронного ключа 4 и через делитель 2 частоты на вход электронного ключа 3. При этом частота сигнала на выходе делителя 2 частоты равна , где m - коэффициент деления делителя 2 частоты. В моменты прохождения напряжений и и UQ через нуль (диаграммы 24 и 25) формирователи 19 и 20 управляющих импульсов блока 17 управления выдают управляющие импульсы (диаграммы 26 и.27), которые поступают на триггер 18. С приходом очередного импульса исследуемого сигнала Од срабатывает триггер 18 и с его.единичного выхода снимается сигнал на открытие по управляющему входу ключа 3 а с нулевого выхода - на закрытие ключа 4. Одновременно с этим формирователь 21 выдает два сдвинутых во времени импульса: по первому импульс длительностью TO (диаграг-виа 30) осуществляется перепись содержимого счетчика 10 во внешний регистр и сброс в нулевое состояние счетчика б, а по второму импульсу длительностью (диаграмма 31) производится запись по установочному входу, в счетчик 10 числа N, пропорционального максимальному значению измеряемго сдвига фаз f .

Через открытый ключ 3 импульсы генератора 1 опорной частоты через делитель 2 начинают поступать в счетчик б. При поступлении импульса опорного сигнала UQ срабатывает триггер 18. При этом ключ 3 закрывается, а по управляющему входу ключ 4 открывается. Таким образом, s течение одного пе{}йода Т исйледуе мого напряжения U ключ 3 открьгоае ся на интервал t (диаграмма 28), ключ 4 - на интервал (диагра ма 29).-С приходом Следующего импульса напряжения и триггер 18 вновь изменяет свое состояние, и процесс измерения повторяется. I Число импульсов М, -подсчитанное счетчиком б за интервал 1(, равно. где m - коэффициент деления делителя 2 частоты. .При открытии ключа 4 в течение времени импульсы с генера тора 1 с частотой Рд поступают на сиг нальный вход вспомогательного счетчика 7. управляемого делителя 5. Импульсами Переполнения вспомогательного счетчика 7 делителя 5 обратный код счетчика б через элементы И 8 переписывается в счетчик 7. Таким образом, на .выходе управляемого делителя 5 формируются импульсы пер полнения (диаграмма 23) с частотой или с учетсм выражения (1) Рлт m Импульсы частоты F Поступают на сигнальный вход двоичного счетчика первого двоичного умножителя 11 час тоты. Выходные сигналы триггеров счетчика 10 управляют потенциальными входами двух групп элементов И 1 и 14 блока 9 функционального преобр зования частоты. Выходные сигналы триггеров двоичного умножителя 11 поступают на импульсные входщ элементов И 13. При совпгщении обоих сигналов на входах элементов И на иХ выходах появляются сигналы, которые проходят через первый элемент ИЛИ 15 на сигнальный вход двоичного умножителя . 12 частоты и через элеме ИЛИ 16 на вычитание на управляющий счетчик 10. Состояния, элементов И 1 и 14 и, следовательно, суммарную частоту на выходе элементов И 13 и 14 задают состояния триггеров счетчика 10 и двоичных умножителей и 12 блока 9. При этом триггер само го старшего разряда счетчика 10 управляет чэлементами И,, на которые по даются сигналы от триггеров Самых младших разрядов двоичных умножителей блока 9. Суммарная-частота с выхода первого двоичного умножителя 11 частот равна . .1 ... - N(t) „ (.t) где W(t) - текущее значение числа в счетчике 10; N - . - числовая емкость управляющего счетчика 10, первого и второго умножителей 11 и 12 частоты. Суммарная частота с выхода двоичного умножителя 12 частоты равна ) или с учетом вьиражения (3) « - . Импульсы частоты F,j(t) поступают в управляккций счетчик 10 на вычитание. Текущее значение числа N(t) в счетчике 10 определяется так N(t) N (t)dt. (5) Решая выражения (4) и. (5) относительно текущего времени t, получим, что частота на, входе |Счетчика 10 изменяется во времени по закону (t) N /F . t или, учитывa5 выражение (2), „ f. . ЫстТу Pa.t; -На диаграмме 29 (фиг.2) проиллюстрирован закон изменения частоты F(t) (t) в течение интервала времени Tj -TTji. Число N(T) в счетчике 10 к моменту окончания периода исследуемого напряжения определяется выражением TX N(T.,) N - JF (t)dt. , ж. тГу А Преобразование этого выражения с учетом выражения (б) показывает, что при и N N N(T)N, т.е. к концу периода исследуеьюго сигнала число в счетчике 10 пропорционально измеряемому сдвигу фазРх Таким образом к концу каждого периода исследуемого напряжения в счетчике 10 формируется число, пропорциональное сдвигу фаз между исследуемьм и опорным сигналами. При соответствующем выборе числа N результат измерения может быть пропорционален сдвигу фаз непосредственно в градусах или радианах. . Предложенное устройство может использоваться в качестве лабораторного измерительного прибора, а также в качестве блока в цифровых системах обработки-информации и автоматического контроля и может duTb выполнено на основе обычных, большей частью унифицированных узлов и элементов дискретной техники. В таком устройстве уменьшается время измерения сдвига фаз до одного периода и::следуемого сигнала. В результате этого снижается динамическая погрешность измерения сдвига фаз и расширяется диапазон исследуемых частот, что увеличивает сферу применения фазометра. Формула изобретения Цифровой фазометр, содержащий генератор опорной частоты, делитель частоты, первый и второй электронные ключи, блок управления, формирователь импульсов и блок функциона ного преобразования частоты, состоя щий из управляющего счетчика и двух двоичных умножителей частоты, приче установочный вход блока функциональ ного преобразователя частоты через формирователь импульсов соединен с управляющим входом первого электрон ного ключа и выходом блока управления , другой выход блока управления соединен с управляющим входом второ го электронного ключа, выход генератора опорной частоты соединен с входом первого электронного ключа и через делитель частоты - с входом второго электронного ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, он снабжен управляемым делителем частоты, управляющий вход которого соединен с выходом второго электронного ключа, сигнальный вход подключен к выходу первого электронного ключа, а выход соединф с сигнальным входом блока функционального преобразования частоты. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №368554, кл. G 01 R 23/10, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР 372681, кл. Н 03 К 13/20, 1973. 3.Авторское свидетельство СССР № 373647, кл. G 01 R 25/04, 1973 (прототип),

{ чЬИЧН I

т

То-лг

Ml S

иЭшш

2 1т1111 шй1пн1Нппшн1шн н1Д1Н11П1тнтнт