SU1599795A1 - Цифровой фазометр - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано в измерительной технике. Цель изобретени  - повышение точности измерени  фазовых сдвигов. Фазометр содержит формирователь 1, входные шины 2 и 3, выходные шины 4 и 5 формировател , элементы И 6 и 7, счетчики 8 и 9, сумматор 10, клемму 11 калиброванного временного интервала, клемму 12 счетных импульсов, шину 13 сигнала сброса, при этом формирователь 1 содержит усилители-ограничители 14 и 15, фазовые детекторы 16 и 18 и элементы И-НЕ 17 и 19. Цель изобретени  достигаетс  путем усреднени  увеличени  количества усредн емой информации за то же врем  ширени . 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

0L/e. 1

{Рэобретение относитс  к электро измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  сдвига фаз между двум  напр жени ми синусоидальной (}юрмы.

Цель изобретени  - повьпиение точности измерени  фазовых сдвигов.

На фиг.1 приведена структурна  схема цифрового фазометра; на фиг.2 - 4 - диаграммы нап1) жений,по сн ющие работу цифрового фазометра.

Цифровой фазометр состоит из формировател  1, имеющего первую 2 и вторую 3 входные шины и первую 4 и вторую 5 выходные шины, которые соответственно через элементы И 6 и 7 и счетчики 8 и 9 подключены к входам сумматора 10, при этом вторые входы элементов И б и 7 объединены и подключены к клемме 11 калиброванного временного интервала, а третьи входы соединены с клеммой 12 счетных импульсов, шина 13 сигнала сброса подключена к входам установки счетчиков 8 и 9, а формирователь состоит из усилителей-ограничителей 14 и 15, входы которых подключены соответственно к шинам 2 и 3,основные выходы усилителей-ограничителей 14 и 15 подключены к входам фазового детектора 16 с запоминанием знака, срабатывающего по фронту, выходы которого через элемент И-НЕ 17 подклю- чеды к шине 4, а инверсные выходы усилителей-ограничителей 14 и 15 подключены к входам фазового детектора 18 с запоминанием знака, срабатывающего по фронту, выходы которого через элемент И-НЕ 19 подключены к шине 5.

Цифровой фазометр работает следующим образом.

Перед началом измерени  записанна  в счетчиках В и 9 информаци  стираетс  посредством подачи на их установочные входы через шину 13 импульса сброса. Синусоидальные напр ени  (фиг.2,3,4 а,б) через входные шины 2 и 3 поступают на входы усилителей-ограничителей 14 и 15 Формировател  1. На усилители-ограничители 14 и 15 поступают синусоидальные напр жени , при переходе значений напр жений входных сигналов через нуль в положительном направлении формируютс  положительн1 1е импульсы, соответствующие по длительности положительным полуволнам гармонических

59

599795

10

fS

сигналов (фиг.2,3,4 в,г), формируемых на их основных выходах.Цри этом на инверсных выходах усилителей-ограничителей 14 и 15 формируютс  положительные импульсы (фиг.2,3,4 д,е) соответствующие по длительности otpи- Цательным полуволнам гармонических сигналов (фиг.2,3,4 а,б).

При поступлении на входы фазового детектора 16 импульсов (фиг.2,3, 4 в,г) на его первом и втором выходах формируютс  напр жени  (Лиг.2, 3,4 ж,з), которые поступают на входы элемента И-НЕ 17, на выходе которого (Фиг.2,3,4 л) формируютс  импульсы положительной пол рности, по длительности пропорциональнь е измер емым сдвигам Фаз (Фиг,2 if ,фиг.З - 315 ). Как видно из диаграмм, диапазон Формируемых импульсов (Фиг.2,3,4 л) соответствует диапазону изменени  сдвига Фаз от О до 360. Импульсы,Формируемые на выходе элемента И-НЕ 17, соответствуют по длительности сдвигам фаз между исследуемыми сигналами при переходе их через нуль в отрицательном направлении .

При поступлении на входы Фазового детектора 18 импульсов (фиг.2,3, 4 д,е) на его первом и втором выходах формируютс  напр жени  (фиг.2,3, 4 и,к), которые поступают на входы 33 элемента И-НЕ ,9, на выходе которого

20

25

30

5

(Фиг.2,3,4.м) формируютс  импульсы положительной пол рности, по длительности пропорциональные измер емым сдвигам фаз при переходе синусоидаль40 ных напр жений через нуль в положительном направлении. При этом диапазон Формируемых импульсов (Фиг.2 3 4 м) соответствует диапазону изме- нени  сдвига фаз от О до 360.

Таким образом формирователь 1  вл етс  двухполупериодным преобразователем сдвига фаз между синусоидапь- ными сигналами в длительность импульсов , которые формируютс  на первом

0 выходе формировател  1 (шина 4) при переходе гармонических сигналов через нуль в отрицательном направлении и на втором выходе формировател  1 (шина 5) при переходе гармонических 5 сигналов через нуль в положительном направлении при изменении сдвига фаз между исследуемыми сигналами в диапазоне от О до 360 Если гармонический сигнал, поступающий на шину

2, отстает по (Ьазе от сигнала,поступающего на шину 3, то импульсы,соответствующие изменению сдвига фаз,сЬор мируютс  на вторых выходах фазовых детекторов 16 и 18 (Лиг.2,3,4 з,к), а не на первых (фиг.2,3,4 ж,и). При этом длительность импульсов пропорциональна изменени м сдвига сЬаз.Импульсы с выходов формировател  1 (шины 4 и 5) поступают на первые входы элементов И 6 и 7, на вторые входы которых подаетс  их-шульс калиброванного временного интервала, а на третий - счетные импульсы. Таким образом , за врем  измерени  , равное длительности импульса калиброванного интервала времени, на входы счетчиков 8 и 9 поступают пачки счетных импульсов (фиг.2,3,4 н,о). На счетчи 8 поступают пачки счетных импульсов за временной интервал сдвига фаз, сформированный при переходе синусоидальных сигналов через нуль в отрицательном направлении, на счетчик 9. - в положительном направлении. Информаци , формируема  на выходах счетчиков 8 и 9, суммируетс  су 1матором 10 (фиг.2,3,4 п) и не зависит от уходов нулевых линий усилителей-ограничителей 14 и 15 формировател  1. Частота следовани  счетных импульсов как при измерении сдвигов Лаз от О до 180, так и при измерении от 180 до 360 одинакова и может быть выбрана максимально высокой. При использовании при реализации схемы предлагаемого цифрового фазометра логических микросхем одной серии (требовани  серийного производства) дл  функционировани  счетчиков 8 и 9 необходимо использовать импульсы счета длительностью не менее трех задержек логических элементов микросхем. Поэтому импульсы переходов, формируемые на выходах формировател  1 (Лиг.2,3 з,к) длительность которых меньше или равна одной задержке логических элементов микросхем, на функционирование счетчиков 8 и 9 не вли ют и, следовательно , не вли ют на точность измерени  фазовых сдвигов.

На фиг.4 приведены диаграммы напр жений , по сн ющие рабо.ту предлагаемого цифрового фазометра при флюктуа- ци х фазы входного синусоидального сигнала, поступающего на второй вход Фазометра (щина 3), т.е. при работе при малых отношени х сигнал/шум.

10

5

0

5

0

5

0

15

0

5

например, на измерительном (шина 3) входе цифрового Фазометра. Очевидно, что его работа при флюктуаци х фазы ничем не отличаетс  от ранее рассмотренной . Отличие диаграммы напр жений фиг.4 от диаграмм напр жений фиг.2,3 заключаетс  лш ь в том,что по вл ютс  в течение времени измерени  импульсы, соответствующие сдвигам (Ьаз и на вторых выходах фазовых детекторов 16 и 18 (фиг.4 з,к). -Из диаграмм напр жений фиг,4 следует, что за врем  измерени  (Т) на выходе сумматора 10 формируетс  цифровое число, пропорциональное суммарной длительности импульсов, формируемых на выходах формировател  1 (фиг. 2 л,м) и равное, например, величине А. Если бы сигнал на втором входе Формировател  1 не флюктуировал, то при фактическом сдвиге фаз между сигналами, например, в 90 , цифровое число на выходе сумматора 10 было бы равно величине Б дл  времени измерени  Т . Разность величин (Б-А) определ ет ошибку усреднени  измерени  сдвига фаз данным методом. Чем меньше разность (Б-А), тем меньше ошибка усреднени , тем точнее цифровой Фазометр .

Цифровой фазометр может быть использован дл  построени  измерителей дальности с фазовыми методами измерени , т.е. при измерении отношени  си гнал/шум на его входах в зависимости от относительной дальности между измерителем и объектом с целью повышени  точности измерени  координат объекта на более удаленных рассто ни х .

Предлагаемый цифровой Фазометр по сравнению с прототипом позвол ет повысить точность за счет увеличени  количества усредн емой информации за то же врем  измерени .

Claims (2)

1. Цифровой фазометр, содержащий формирователь, первый и второй элементы И и счетчик, при этом первый и второй выходы формировател  подключены к первым входам соответс твен-- но первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены с клеммой калиброванного временного интервала , третьи - с клеммой счетных импульсов, а выход первого элемента

и соединен с входом счетчика,вход сброса которого подключен к шине сброса, отлимающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  фазового сдвига, в него введены второй счетчик и сумматор, при

этом выход второго элемента И соединен с входом второго счетчика,вход сброса которого подключен к шине сброса, а выходы первого и второго

.счетчиков соединены с входами сумма|Тора .

|,

I

2. Фазометр по п.1, отличаю |Щ и и с   тем, что формирователь ;состоит из двух усилителей-ограничи

8

10

).5

телей, двух фазовых детекторов с запоминанием знака и двух элементов И-ПЕ, при этом первьш выход первого усилител -ограничител  соединен с первым входом первого фазового детектора с запоминанием знака, второй вход которого соединен с первым выходом второго усилител -ограничител , а выходы с входами первого элемента И-НЕ, второй выход первого усилител - ограничител  соединен с первым входом второго .фазового детектора с запоминанием знакам второй вход которого соединен с вторым выходом второго усилител -ограничител , а выходы - с входами второго элемента И-НЕ.

лшш

ИИ

-11П МП

Фиг. г

af-JJS

JIL

JIL

дл

nilllll iliiiiiiiiiiiiiiiiiii iiiiiimmiiiiiiiiiiiiiiiiniiiiiiiiiuiHiI

iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii iiiiiinimiiiiiii iiiiiiiiiiiniiiiiiiii Iiiiiiiiiiiii

.х-.

CL

-CL

ni

iiiiliiiii

JIL

XL

JD

rzzzv:

JD

JIL

JJI

иг

л г

IL

J .,в

П

JTL

Л