Цифровой фазометр

Цифровой фазометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ЫСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскмн

Соцмвлмстмческмн

Республик (iii900215 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.05.80 (21) 2931382/18 21 с присоединением заявки № (23) Прморитет

Опубликовано 23.01 82 Бюллетень № 3

Дата опубликования описания 26.01.82 (5 l ) M. Кл.

G 0l Я 25/00 тЬоударстванный квинтет

СССР но долом нзобретеннй н открытий (53) УДК 621, .317,77 (088.8) Ан. Ф. Архипенко и A. Ф. Архипенко (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ФАЭОМЕТР

Изобретение относится к измеритель- ной технике и предназначено для измерения и индикации в цифровой форме разности фаэ между двумя гармоническими сигналами.

Известно устройство для измерения разности фаз с цифровым отсчетом, содержашее входные формирователи, два генератора импульсных последовательностей с различными частотами следования импульсов, которые определяют задаваемый кото эффициент масштабного преобразования фазового интервала, сравнивающий блок, счетчик импульсов с цифровым отсчетным блоком и блок управления Pl j.

Недостатком устройства является низт5 кая точность измерения величины фазового сдвига из»эа погрешностей вносимых блоком сравнения, узлом масштабного пре» образования фазовых интервалов и нестабильностью формирования импульсных по20 следовательностей .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сушности явл ется устройсг» во для измерения фазовых сдвигов с цифровым отсчетом результата измерения,содержащее формирователи перехода образцового и . исследуемого напряжений через нулевые значения, соответствующие нача-, лам периодов, первый и второй генераторы пилообразного напряжения, элемент сравнения, счетчик импульсов с цифровым отсчетным блоком, блок управления, содержаший два электронных ключа, а так же триггер управления и триггер запуска первого и второго генераторов пилообразных напряжений, двухвходовый элект ронный ключевой блок, подключенный выходом к счетчику импульсов, а входом к выходу формирователя сигналов перехода образцового напряжения через нулевое значение и выходу триггера запуска первого генератора (2 j.

Однако указанное устройство не обеспечивает высокой точности измерения фазовых сдвигов из»за наличия нелинейнос« ти развертываюших пилообразных напряжений. Причем, возможносгь повышения

3 9002 точности у них ограничена предельным значением коэффициента масштабного преобразования, который зависит от величин амплитуд развертывающих напряжений, скорости их нарастания, диапазона сравниваемых напряжений и порога чувствительности нуль-органов. Кроме того, с ростом коэффициента масштабного преобразования фазового интервала момент сравнения перемещается в область малой крутизны экспоненциальных функций, где небольшие погрешности дискриминации уро вня приводят к значительным временным погрешностям.

Бель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фазометр, содержащий формирователи импульсов, первый и второй генераторы пилообразных напряжений, элемент сравнения, счетчик импульсов, блок управления, состоящий из последовательно соединенных триггера управления, первого электронного ключа, триггера запуска первого генератора пилообразного напряжения, второго электронного ключа и триггера запуска второго генератора пилообразного напряжения, причем вторые входы первого и второго

I электронных ключей. соединены соответственно с выходами первого и второго формирователей импульсов, первый двухвходовый электронный ключевой блок, подключенный выходом к счетчику импульсов, а входами — к выходу первого формироваЗ5 теля импульсов и выходу триггера запуска первого генератора пилообразного напря жения, дополнительно введены первый и второй двухвходовые элементы ИЛИ, вспомогательный триггер и второй двухи входовый электронный ключевой блок, один вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, а другой объединен с одним из входов второго двухвходового элемента ИЛИ и под45 ключей к выходу триггера запуска второго генератора пилообразного напряжения, а выход соединен со счетным входом вспомогательного триггера, выход которого подключен к объединенным входам

50 первого и второго двухвходовых элементов ИЛИ, чьи выходы соединены соответственно со входами первого и второго генераторов пилообразных напряжений, второй вход первого двухвходового элемента ИЛИ соединен с выходом тригге5S ра запуска первого генератора пилообразного напряжения, кроме того нулевые входы вспомогательного триггера и тригl5 4 геров блока управления соединены с выходом элемента сравнения, а выходы первого и второго двухвходовых элементов

ИЛИ соединены соответственно со входами первого и второго генераторов пилообразных напря жений.

На фиг. 1 приведена функциональная схема цифрового фазометра; на фиг. 2— временная диаграмма его работы.

Устройство состоит иэ входных формирователей 1 и 2,триггера 3 управления, первого электронного ключа 4, триггера 5 запуска первого генератора пилообразного напряжения, второго электронного ключа 6, триггера 7 запуска второго генератора пилообразного напряжения первого двухвходового алектронного ключевого блока 8, двухвходовых элементов ИЛИ 9 И 1 О, второго двухвходового электронного ключевого блока 11, счетчика 12 импульсов, генераторов 13 и 14 пилообразных напря жений, вспомогательного триггера l 5, элемента сравнения 16, блока 17 управления. Причем, образцовое Оо и исследуемое U< напряжения подаются на входы формирователей l и 2. На вход триггера

3 управления поступает сигнал 0 соот пр ветствуюший началу измерения.

Бифровой фазометр работает следующим образом.

Перед началом измерения все григгеры находятся в состоянии «О", генераторы отключены.

Образцовое 0 и исследуемое Uy напряжения, сдвинуты по фазе на угол подаются на входы формирователей 1 и 2 импульсов.

По сигналу0 д разрешающему измерение в момент времени Ь триггер 3 управления переключается в состояние «1 « и открывает первый электронный ключ 4.

В момент времени 1 перехода образцового напряжения Ц через нулевое значение, соответствукпцее началу периода, формирователь 1 вырабатывает импульсный сигнал 0, который через первый электронный ключ 4 переключает триггер 5 в состояние «1". Выходным сигналом триггера 5. открываются электронный ключ и первый двухвходовый электронный ключевой блок 8, при этом, на счетчик 12 начинают поступать импульсы, сформированные формирователем 1 из сигналов перехода образцового напряжения через нулевые значения и с помощью

9002 15 элемента ИЛИ 9 запускается генератор

13 пилообразного напряжения.

В момент времени tg перехода исследуемого напряжения (J> через нулевое значение, соответствующее началу пе- З риода сигнал 0< формирователя 2 через открытый второй электронный ключ 6 устанавливает триггер 7 в состояние "1".

Выходным сигналом триггера 7 с помощью элемента ИЛИ 10 запускается гене- 10 ратор пилообразного напряжения 14 и открывается электронный ключевой блок 11.

В момент времени 4 очередным импульсом 0< сформированным из сигна» ла перехода исследуемого напряжения че- 15 рез нулевое значение, триггер 15 пере ключается в состояние "0". Выходным сигналом триггера 15 с помощью элементов ИЛИ 9 и 10 осуществляется синхронное изменение наклонов напряжений, вырабатываемых генераторами пилооб разных напряжений 1З и 14. В дальнейшем по приходу каждого очередного импульса, вырабатываемого формирователем

2 с помощью электронного ключевого бло-25 ка 11, триггера 15, элементов ИЛИ 9 и 10 осуществляют периодическое и синхронное изменение направления изменения

A — ав напряжений, вырабатыв аемых генератором

13 и 14, чередуя их возрастание и убы- 30 вание, причем, соотношение между наклонами при возрастании и убывании задают одинаковыми. Кроме того, пилообразные напряжения, вырабатываемые генераторами 1Э и 14. постоянно сравниваются между собой элементом сравнения

16. В момент Ь равенства этих напряжений элементом сравнения 16 вырабатывается импульсный сигнал 0, который устанавливает все триггеры в исходное 4g состояние. При этом все ключи закрыва ются и счет импульсов прекращается.

На этом цикл измерения заканчивается и,. если выполнено определенное со- 5 отношение между скоростями К -+р (Ъ и

К, -gg Q изменения линейно изменяющихся напряжений равное

М=

4 d=3610, К,-I-

Повышение точности измерения фазовых сдвигов достигается снижением влияния нелинейности развертывающих напряжений. Это обеспечивается за.счет умеВ ньшения используемой длительности рабочего хода и величины амплитуд развертывающих напряжении.:

Временной интервал пропорциональный: фазовому интервалу t, q, получаемый в результате. расширения с помощью линейно изменяющихся напряжений, определяется равенством: т мь +и )+ .— - - — — ц)

Ч Ч Е 1 Ж

В выражении (1) — коэффициент нелинейности линейно изменяющихся напряжений, который в общем случае определяется выражением аию! аЧЖ I д /Ь=т: д+. 1 =О (2)

du(+) }

at It-o

du® щ) где

d4 = 0 и 1 = — соответственно

l производные линейно изменяющихся напряжений U (4 ) в начале и конце рабочего хода.

Анализ выражения (1) показывает, что при - 0 второе слагаемое правой части равенства также стремится к нулю и процесс преобразования фазового интервала идеален, т.е. Т = М .

В данном цифровом фазометре для цепей масштабного преобразования выделенного фазового интервала используются начальные участки линейно изменяющихся развертывшощих напряжений, что в соответствии с выражением (2) равносильно уменьшению нелинейности развертывающих напряжений, так как уменьшается длительность рабочего хода генераторов. A уменьшение коэффициента нелинейности Я как следует из выражения (1), приводит к уменьшению погрешности масштабного преобразования фазового интервала и, следовательно, к повышению точности измерения фазовых сдвигов. Причем, введение в устройство дополнительных элементов, позволяющих в процессе преобразования и измерения фазового интервала осуществлять периодическое и синхронное изменение наклонов пилообразных развертывающих напряжений, позволяет также увеличить значение коэффициента масштабного преобразования, без предъявления какихлибо дополнительных требований к длительности рабочего хода и величинам ам30

Цифровой фазометр, содержащий формирователь импульсов, первый и второй генераторы пилообразных напряжений, элемент сравнения, счетчик импульсов, блок управления, состоящий из последовательно соединенных триггера управления, первого электронного ключа, триг- 6 гера запуска первого генератора пилообразного напряжения, второго электронного ключа и триггера запуска второго генератора пилообразного напряжения, при- чем вторые входы первого и второго

7 9002 плитуд развертывающих напряжений, ско« рости их изменения, диапазону сравнивае мых напряжений, порогу чувствительности используемых нуль-органов, что также приводит к повышению точности цифрового измерения фазовых сдвигов.

Кроме того, момент сравнения перемещается в область большой крутизны развертывакапих функций, что уменьшает мертвую зону" работы элемента сравне- р ния и уменьшает временные погрешности масштабного преобразования фазовых интервалов, что также приводит: к повышению точности измерения.

Технический эффект заключающийся в уменьшении погрешности масштабного преобразования фазового интервала, повышения точности измерения фазовых сдвигов и достигаемый в данном цифровом фазометре наглядно виден на временной диаграмме (фиг. 2). Здесь развертывающие напряжения изображены сплошными линиями - для изобретения,а штриховыми; — для известного цифровых фазометров. Ш трихпунктирными линиями показан процесс преобразования и измерения фазовых сдвигов, когда нелинейность развертывающих напряжений равна нулю (6 =О).

Формула изобретения

15 8 электронных ключей соединены соответственно с выходами первого и второго формирователей импульсов, первый двухвходовый электронный ключевой блок,подключенный выходом к счетчику импульсов, а входами — к выходу первого формирователя импульсов и выходу триггера запуска первого генератора пилообразного напряжения, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены первый и второй двухвходовые элементы

ИЛИ, вспомогательный триггер и второй двухвходовый электронный ключевой. блок, один вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, а другой объединен с одним из входов второго двухвходового элемента ИЛИ и подключен к выходу триггера запуска второго генератора пилообразного напря жения, а выход соединен со счетным вхо дом вспомогательного триггера, выход которого подключен к объединенным входам первого и второго двухвходовых элементов ИЛИ, чьи выходы соединены соответственно со входами первого и второго генераторов пилообразных напряжений, второй вход первого двухвходового элемента ИЛИ соединен с выходом триггера запуска первого генератора пилообразного напряжения, кроме того нулевые входы вспомогательного триггера и триггеров блока управления соединены с выходом элемента сравнения, а выходы первого и второго двухвходовых элементов ИЛИ соединены соответственно со входами первого и второго генераторов пилообразных напряжений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

4. Авторское свидетельство СССР

)4 270065, кл. G Ol К 25/08, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

Ng 308382, кл, (3 01 и 25/09, 1971.

Составитель H. Агеева

Редактор H. Бобкова Техред A.Áàáèíåö Корректор А. Ференц .Заказ 121? 6/63 Тираж 718 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

3.13035, Москва, Ж335, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4