Компенсационный измеритель разности фаз

Компенсационный измеритель разности фаз

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СЬИ ИТИЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (6т) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено Об.07.79, (21) 2790057/18-21 с присоединением заявки Но (23) Приоритет—

Опубликовано 15.0881 Бюллетень ИЯ 30

Дата опубликования описания 180881 (51)М Кл

6 01 и 25/00

Государственный комитет

С С С P по делам изобретений и открытий (53) УДК 621 317.77(088.8) (72) Авторы изобретения

В.Я. Живица и Ю.А. Скрипник (7 I ) Заявитель (54) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ РАЗНОСТИ ФАЗ!

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в информационно-измерительных системах, используемых в промышленности и научных исследованиях.

Известны измерители разности фаэ когерентных сигналов, принцип действия которых основан на уравновешивании измеряемого фазового сдвига фазовым сдвигом, создаваемым калиброванным фазовращателем. Отсчет результата производится по шкале фаэовращателя (Ц .

Однако такие недостатки механических фазовращателей, как узкий частотный диапазон, наличие люфтов и трения, зависимость фазового сдвига от геометрических размеров фазовращателя, погрешности градуировки и считывания, не позволяют обеспечить приемлемый уровень метрологического качества измерений.

Известен автокомпенсационный фаэометр с цифровым отсчетом, который состоит из набора фазовращателей с ключами, фазового детектора, фильтра нижних частот, блока управления ключами, цифрового индикатора, блока определения знака C2$ .

Измеряемый фазовый сдвиг поразрядно компенсируется посредством включения набора фазовращателей, номинальные значения вносимого фазового сдвига которых соответствует ряду

180, 90, 45 ...180 /2 Результат измерения визуализируется цифровым индикатором в соответствии с номинальными значениями фазовращателей.

Точность измерения определяется точностью калибровки фазовращателей, стабильностью их номинальных значений, паразитным фазовым сдвигом, вносимым ключами и стабильностью этого сдвига. Принципиальные ограничения на точность измерения фазового сдвига накладываются ключами. Число ключей изменяется в диапазоне значений измеряемой величины. Скомпенсировать вносимую ключами нестабильную погрешность практически невозможно. Кроме

° ного, реализация стабильных фазовращателей 180 /2".при л ) 7 представляет значительные технические трудности даже при фиксированного значения частоты измерительного сигнала. Частотная погрешность фазовращателей, соизмеримая с номинальным значением младших разрядов, усугубляет трудности высокоточного измерения разнос855527 ти фаэ в широком диапазоне частот рассматриваемым фаэометром.

Цель изобретения — повышение точности измерений в широком диапазоне частот..

Поставленная цель достигается тем, что в компенсационный измеритель разности фаз, содержащий опорный и измерительный каналы, два триггера, триггерный фазовый детектор с фильтром нижних частот, цифровой индикатор, блок определения знака, введены в опорный и измеритепьный каналы формирователя, соединенные со входными клеммами, двухвходовые коммутаторы, третий триггер, второй фильтр нижних частот, блок вычитания с интегратором на выходе, широтно-импульсный модулятор и цифровой измеритель временных интервалов, причем выходы формирователей соединены со счетными входами триггеров соответственно и со 20 входами блока определения знака, выход которого соединен с входом цифрового индикатора и с управляющим входом коммутатора, введенного в опорный канал, входы коммутаторов 25 соединены с прямым и инверсным выходами триггеров соответственно, а выходы — co входами триггерного фазового детектора, инверсный выход которого соединен со входом третьего тригге- З® ра, выходом соединенным через второй фильтр нижних частот с одним из входов блока вычитания, ко второму входу которого подсоединен выход первого фильтра нижних частот, а выход блока вычитания через последовательно соединенные интегратор и широтно-импульсный модулятор соединен с входом цифрового измерителя временных интервалов и управляющим входом коммутатора, вьеденного в измерительный ка- 40 нал, -выходы цифрового измерителя временных интервалов соединены со входами цифрового индикатора соответственно.

На чертеже представлена блок-схема измерителя разности фаз.

Компенсационный измеритель разности фаз состоит из формирователя 1,2, триггеров 3, 4, блока 5 определения знака, двухвходовых коммутаторов 6, ур

7, триггерного фазового детектора 8, с фильтром 9 нижних частот, третьего триггера 10, второго фйльтра 11 нижних частот, блока 12 .вычитания, интегратора 13, цифрового индикатора 14, цифрового измерителя 15 временных ин тервалов, широтно-импульсного модулятора 16. Входные клеммы опорного и измерительного каналов соединены с формирователями 1 и 2. Выходы формирователей 1 и 2 соединены со входами Щ триггеров 3, 4 и входами блока 5 определения знака. Прямой и инверсный выходы триггеров 3, 4 соединены со входами соответствующих коммутаторов

6, 7. Выход блока 5 определения знака соединен с управляющим входом коммутатора 6 в опорном канале и входом цифрового индикатора 14. Выходы коммутаторов 6, 7 опорного и измерительного каналов соединены со входами триггерного фазового детектора 8, прямой выход которого через фильтр 9 нижних частот соединен с одним входом блока 12 вычитания, а инверсный выход через триггер 10 и фильтр 11 нижних частот с другим входом блока вычитания 12. Выход блока 12 вычитания через интегратор 13 соединен с управляющим входом широтно-импульсного модулятора 16, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора 7 в измерительном канале и входом цифрового измерителя 15 временных интервалов . Выходы цифрового измерителя 15 временных интервалов соединены со входами цифрового индикатора 14.

Измерительные сигналы поступают на входные клеммы опорного и измерительного каналов, являющиеся входами формирователей 1, 2. Формирователи вырабатывают прямоугольные импульсы, передние фронты которых привязаны к характерным точкам входных измерительных сигналов, например к моментам перехода через нулевую линию.

Входные импульсы формирователей 1, 2 запускают передними фронтами триггеры 3, 4, работающие в режиме деления частоты. Прямой и инвертированный сигналы с выходов триггеров 3, 4 поступают на сигнальные входы коммутаторов 6, 7. В случае положительного фазового сдвига блок 5 определения знака вырабатывает потенциал, размещающий прохождение прямого сигнала триггера 3 в опорном канале. При отрицательном фазовом сдвиге относительного опорного напряжения блок 5 определения знака вырабатывает потен-, циал, разрешающий прохождение через коммутатор 6 инвертированного сигнала триггера 3, внося таким образом

180 фазовый сдвиг для первой гармоники прямоугольного колебания, формируемого триггером 3. В измерительный канал фазовый сдвиг 0 вводится аналогично посредством триггера 4 и коммутатора 7. Однако управление коммутатором 7 осуществляется выходными импульсами широтно-импульсного модулятора 16. Коммутатор 7 поочередно, с частотой широтно-импульсного модулятора 16 подключает ко входу триггерного фазового детектора 8 прямой или инверсный выходы триггера 4, осуществляя таким образом фазовую модуляцию на два значения О-II сигнала измерительного канала, причем скважность модулирующей прямоугольной последовательности импульсов целенаправленно изменяется, Триггерный фазовый детектор 8 запускается передними фронтами прямоугольных импульсов

855527 коммутаторов 6, 7, следующих с частотой измерительного и опорного сигналов.

Постоянная состанляющая импульсной последовательности на выходе триггерного фазового детектора 8 модулирова5 на по величине посредством фазовой модуляции сигнала измерительного канала. Фильтр нижних частот 9 выделяет результирующую постоянную составляющую и подает ее на один из выходов блока 12 вычитания, на другой вход которого подается опорное постоянное напряжение, сформированное триггером

10 и фильтром нижних частот 11. Разность постоянного опорного напряжения и результирующей постоянной составляющей интегрируется интегратором 13 и управляет работой широтно-импульсного модулятора 16. Последний при нулевом напряжении на входе вырабатывает прямоугольную последователь- 2Î ность импульсов со скважностью 2, при положительном управляющем напряжении скважность увеличивается, при отрицательном — уменьшается. Прямоугольное напряжение фиксированной я5 частоты (задающая частота широтноимпульсного модулятора 16) с изменяющейся в процессе уравновешивания скважностью поступает на цифровой измеритель 15 временных интервалов.

Результат измерения и знак отображаются на цифровом индикаторе 14.

Триггерный фазовый детектор 8, триггер 10, два фильтра нижних частот 9, 11 и блок 12 вычитания, соединенные описанным способом, имеют пилообразную дискриминационную характеристику, пересекающую нуленую линию в точке 180 фазового сдвига нходных сигналов. Фазовый сдвиг от нуля до

180 преобразуется в положительное постоянное напряжение, от 180О до

360 — в отрицательное. о

Введение в схему измерителя разности фаэ широтно-импульсного модулятора, управляющего работой коммута- ф5 тора в измерительном канале, третьего триггера, второго фильтра нижних частот, блока вычитания, интегратора и их соединения укаэанным образом позволяет значительно повысить точ- ур ность преобразования фазового сдвига во временной интервал в пределах двух квадратов, а введение коммутатора в опорный канал и соединение его управляющего входа с блоком определения знака исключает однозначность измерений в четырех квадрантах. Отсутстние частотнозависимых элементов н трактах преобразования фазового сдвига во временной интервал позволяет перекрыть частотный диапазон от еди- 66 ниц кГц до сотен ИГц (верхняя граница зависит от быстродействия триггеров в режиме деления частоты). Точность измерения разности фаз опреде-, ляется соотношением между периодом 65 выходного сигнала широтноимпульсного модулятора и разрешающей споеобностью цифрового измерителя временных интервалов.

Использование данного устройства позволяет повысить производительность труда при многократных измерениях, исключить субъективный фактор ограничения точности. измерений, уменьшить е затраты на измерительную аппаратуру при работе в широком диапазоне частот и значительно повысить точность измерений.

Формула изобретения

Компенсационный измеритель разности фаэ, содержащий опорный и измерительный каналы, два триггера, триггерный фазовый детектор с фильтром нижних частот, цифровой. индикатор, блок определения знака, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения в широком диапазоне частот, в него введены н опорный и измерительный каналы формирователя, соединенные со входными клеммами, двухвходоные коммутаторы, третий триггер, второй фильтр нижних частот, блок вычитания с интегратором на выходе, широтно-импульсный модулятор и цифровой измеритель временных интервалов, причем выходы формирователей соединены со счетными входами триггеров соответственно и со входами блока определения знака, выход которого соединен с входом цифрового индикатора и с управляющим входом коммутатора, введенного в опорный канал, входы коммутаторов соединены с прямым и инверсным выходами триггеров соответственно, а выходы со входами триггерного фазового детектора, инверсный выход которого соединен со входом третьего триггера, выходом соединенным через второй фильтр нижних частот с одним из входов блока вычитания, ко второму входу которого подсоединен выход первого фильтра нижних частот, а выход блока вычитания через последовательно соединенные интегратор и широтноимпульсный модулятор соединен с входом цифрового измерителя временных интервалов и управляющим входом коммутатора, введенного в измерительный кайал, выходы цифрового измерителя временных интервалов соединены со входами цифрового индикатора сооТ ветстненно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кушнир Ф.В. и др. Измерения в технике связи, И., "Связь", 1976, с. 239.

2. Авторское свидетельство СССР

9 278870, кл. G 01 R 25/04, 1968.

855527

Заказ 6898/62

Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель R. Агеева

Редактор К.Волощук Техред M.Ãîëèíêà Корректор Г. Решетник