SU1691773A1 - Измеритель разности фаз и напр жений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к радиоэлектронике и может быть использовано в фазометрах , векторных вольтметрах, анализаторах цепей. Измеритель содержит два идентичных канала преобразовани  в виде последоi вательно соединенных преобразователей частоты 1,12, усилителей 2,13 промежуточной частоты, синхронных фильтров 3,14 и амплитудных детекторов (АД) 4,15. Выходы синхронных фильтров соединены со входами фазового детектора 9, выход которого, а также выходы АД соединены со входами аналого-цифрового преобразовател  10, соединенного со входом блока 11 вычитани , управлени  и индикации. Дл  получени  стабильного значени  промежуточной частоты используетс  система 5 ФАПЧ с генератором 6 опорной частоты, от которого через введенный блок 7 исключени  импульсов и делитель 8 частоты запитываютс  синхронные фильтры 3,14. Благодар  блоку 7 частота тактировани  фильтров 3,14 несинхронна промежуточной частоте, что уменьшает фазовые погрешности в их работе . 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к радиоэлектронике и может быть использовано в фазометрах , векторных вольтметрах, анализаторах цепей.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  разности фаз и напр жений .

На фиг.1 представлена блок-схема измерител  разности фаз и напр жений; на фиг.2 -эпюры напр жений узла периодического исключени  импульсов; на фиг.З - характеристика погрешности измерени  разности фаз.

Измеритель разности фаз и напр жений содержит первый преобразователь 1 частоты , первый усилитель 2 промежуточной s частоты, первый синхронный фильтр 3, первый амплитудный детектор 4, систему 5.

фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), генератор 6 опорной частоты, узел 7 периодического исключени  импульсов, первый делитель 8 частоты, фазовый детектор 9, аналого-цифровой преобразователь 10, блок 11 вычислени , управлени  и индикации , второй преобразователь 12 частоты, второй усилитель 13 промежуточной частоты , второй синхронный фильтр 14, амплитудный детектор 15, второй делитель 16 частоты, элемент ИЛИ 17.

Первый преобразователь 1 частоты, первый вход которого  вл етс  входом устройства , выходом соединен со входом первого усилител  2 промежуточной частоты, выход которого соединен с входом первого синхронного фильтра 3, выход которого соединен с входом первого амплитудного деQS Ю

ч

VI Сл

тектора 4, второй вход первого преобразовател  частоты соединен с выходом системы 5 фазовой автоподстройки частоты, выход преобразовател  1 частоты соединен с входом системы 5 фазовой автоподстройки , второй вход которой подключен к первому выходу генератора 6 опорной частоты, второй выход которого соединен с входом второго делител  16 и первым входом элемента ИЛИ 17, а выход второго делител  частоты подключен к второму входу элемента ИЛИ 17, причем делитель 16 и элемент ИЛИ 17 образуют узел 7 периодического исключени  импульсов из сигнала, сн того с выхода генератора опорной частоты, выход элемента ИЛИ 17 соединен с входом первого делител  8, первый, второй и третий выходы которого соединены с первым, вторым, третьим входами первого синхронного фильтра, выход которого соединен с первым входом фазового детектора 9, выход которого подключен к входу аналого- цифрового преобразовател  10, выход которого подключен к входу блока 11 вычислени , управлени  и индикации, а первый вход - к входу первого амплитудного детектора , вход второго преобразовател  12  вл етс  вторым входом устройства, второй вход прес8раза® 0л  12 подключен к выходу системы фазовой автоподстройки, а выход соединен с входом второго усилител  13 промежуточной частоты, выход которого подключен к входу второго синхронного фильтра 14, первый, второй, третий входы которого соединены с первым, вторым, третьим выходами делител  8 частоты, а выход соединен с вторым входом фазового детектора 9 и с входом амплитудного детектора 15, выход которого подключен к первому входу аналого-цифрового преоб -s- зовател  10.

Устройство работает следующим о€разом .

Два высокочастотных сигнала одинаковой частоты в диапазоне 0,1-1000 МГц поступают на входы прибора и преобразуютс  в преобразовател х 1 и 12 с использованием системы ФАПЧ 5 в сигналы промежуточной частоты (ПЧ), которые сохран ют те же форму и фазовые отношени , что и входные высокочастотные сигналы. Основные гармоники сигналов ПЧ (например, 20 кГц) выдел ютс  усилител ми ПЧ 2 и 13 с полосой пропускани  пор дка 500 Гц.

Амплитудные 4,15 и фазовый 9 детекторы выдел ют посто нные напр жени , пропорциональные уровн м первого и второго входных высокочастотных сигналов и разности фаз между ними. Посто нные напр жени  с выходов амплитудных 4, 15 и

фазового 9 детектйров поступают нз входы аналого-цифрового преобразовател  10. Преобразованные в цифровую форму посто нные напр жени  передаютс  в блок 11

вычислени , управлени  и индикации, где осуществл етс  их обработка, вычисление и вывод данных дл  индикации.

При низких уровн х входных высокочастотных сигналов,, когда существенно ска0 зываютс  на измерени х шумы прибора или шумы входных сигналов, используетс  на ПЧ узка  полоса пор дка 8 Гц. Узка  полоса прибора формируетс  при помощи синхронных фильтррв 3 и 14, выполненных на синх5 ронно-переключэемых с сигналом ПЧ аналоговых ключах и конденсаторах.

Аналоговые ключи синхронных фильтров 3 и 14 управл ютс  делителем 8 частоты, на вход которого поступает сигнал генера0 тора 6 опорной частоты, необходимый дл  работы системы фазовой автоподстройки частоты (например, с частотой 160 кГц).

Амплитудна  и фазова  погрешности в синхронных фильтрах (СФ) возникают из-за

5 неустановившихс  переходных процессов при переключении ключей (отпирание и запирание ). Причем, дл  каждого клюма характер установлени  переходных процессов свой. При подаче на входы (СФ) синусои0 дальнего сигнала промежуточной частоты (ПЧ) 20 кГц и управл ющих сигналов с частотами 40,20 и 10 кГц, сн тых с выходов делителей частоты, на восьми конденсаторах СФ производитс  запоминание соот5 ветствующих мгновенных напр жений или запись пространственного распределени  синуса на восьми конденсаторах, а выходными аналоговыми ключами СФ производитс  развертка или восстановление

0 этого синуса с частотой 20 кГц.

При сдвиге фазы входного сигнала по отношению к фазе опорного генератора 20 кГц распределение синуса на конденсаторах также измен етс . Но добавка сигнала

5 на конденсаторах, определ емых различными неустановившимис  переходными процессами включени  и выключени  в ключах при их синхронных переключени х, измен ет характер (форму) распределени  синуса

0 по отношению к предыдуа ему характеру распределени , что и приводит к дополнительному смещению фазы сигнала на выходе СФ и погрешности измерени  устройства .

5 Недостатком схемы с использованием синхронного фильтра на конденсаторах  вл етс  высока  погрешность измерени  напр жени  и разности фаз. На фиг.З представлена характеристика (крива  1) погрешности измерений разности фаз прибором ФК-29, имеющим схему СФ на трех аналоговых ключах и 8 конденсаторах в каждом из каналов. Максимальна  погрешность при включенной узкой полосе составл ет 3 град.

С целью снижени  погрешности измерени  разности фаз и напр жений введен узел 7 периодического исключени  импульсов из управл ющего сигнала, в результате этого частота f0 опорного генератора 6 смещаетс  на величину Af. Временные диаграммы на выходах делител  16 и элемента ИЛИ 17 приведены на фиг.2, В рассматриваемом случае значени  частот f0, fi, h и fa принимают соответственно значени  160 160-Af 160-Af 160-Af n

при

Af;

ют биени  с частотой

по отношению к

4 816

подаче управл ющих сигналов с этими частотами на входы СФ на его выходе возника- 41

8

friM. За период частоты биений происходит изменение фазы на фазовой характеристике СФ от 0 до 180° и от -180° до 0. Таким образом, периодическое пропадание импульсов в управл ющем сигнале частоты 160 кГц приводит к принудительному смещению пространственного распределени  синуса на конденсаторах СФ.

В рассматриваемом примере частота 160 кГц - 32 Гц fi 39992 Гц, f2 19996 Гц и fa 9998 Гц и, следовательно, частота биений составл ет 4 Гц. За врем  0,25 с число смещений составл ет 8, что соответствует принудительному смещению синуса на конденсаторах СФ на период его пространственного распределени .

Блок 11 производит за врем  равное 1 с 512 съемов данных как по напр жению дл  первого и второго каналов, так и фазе р, т е. в течение одного смещени  происходит 16 сьемов, включа  и переходные процессы за сче-. смещени . Усреднение этих данных 512 съемов на 1 с приводит к усреднению характеристики погрешности СФ за четыре периода пространственного распределени  синуса на конденсаторах СФ. В результате этого погрешность измерени  фазы (см. фиг.З, крива  2) при значени х разности фазы / в пределах от 0 до 180° и от 0 до -180° не превышает 0,2 град.

На счетный входдополнительного делител  16 частоты и первый вход элемента ИЛИ 17 поступает сигнал с частотой 160 кГц

с выхода генератора 6 опорной частоты На второй вход элемента ИЛИ 17 подаетс  сигнал частоты следовани  импульсов, равной 32 Гц. сн тый с выхода делител  16 частоты. Коэф- фициент делени  делител  частоты составл ет 1:5000. Сигнал с выхода элемента ИЛИ 17 с периодическим исключением импульсов подаетс  на делители 8 частоты

Фор мула изобретени 

Измеритель разности, фаз и напр жений , содержащий последовательно соединенные первый преобразоватепь частоты,

первый усилитель промежуточной частоты, первый синхронный фильтр, первый амплитудный детектор, аналоге цифровой преобразователь и блок вычислени , управлени  и индикации, последовательно соединенные второй преобразователь частоты, второй усилитель промежуточной частоты, второй синхронный фильтр и второй амплитудный детектор, последовательно соединенные генератор опорной частоты и

систему фазовой автоподстройки частот ы, а также делитель частоты, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым, вторим и третьим входами первого и второго си хромных фильтров,

выход второго синхронного фильтра соединен со вторым входом фазового детектора, первый вход которого соединен со входом первого амплитудного детектора, а выходы - со вторым входом анапого-цифрового преобразовател , третий вход котооого соединен с выходом второго амплитудного детектора, вторые входы первого и второго преобразователей частоты соединены с выходом системы фазовой автоподстройки частоты , второй вход которой соединен с выходом первого преобразовател  частоты, входы преобразователей частоты  вл ютс  входами устройства, отлича-ющийс  тем, что, с целью повышени  точности, в

него дополнительно введен узел периодического исключени  импульсов, содержащий дополнительный делитель частоты и элемент ИЛИ, причем второй выход генератора опорной частоты соединен со входом дополиительного делител  частоты и первым входом элемента ИЛИ, а выход дополни- .тельного делител  частоты соединен со вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом делител  частоты.

ВХ.А

Wk

uu

Я

M

UrBtnxoft

фиг.1

ui-

фиег

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Измеритель разности фаз и напряжений, содержащий последовательно соединенные первый преобразователь частоты, первый усилитель промежуточной частоты, первый синхронный фильтр, первый амплитудный детектор, аналого цифровой преобразователь и блок вычисления, управления и индикации, последовательно соединенные второй преобразователь частоты, второй усилитель промежуточной частоты, второй синхронный фильтр и второй амплитудный детектор, последовательно соединенные генератор опорной частоты и систему фазовой автоподстройки частоты, а также делитель частоты, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первого и второго синхронных фильтров, выход второго синхронного фильтра соединен со вторым входом фазового детектора, первый вход которого соединен со входом первого амплитудного детектора, а выходы со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, третий вход которого соединен с. выходом второго амплитудного детектора, вторые входы первого и второго преобразователей частоты соединены с выходом системы фазовой автоподстройки частоты, второй вход которой соединен с выходом первого преобразователя частоты, входы преобразователей частоты являются входами устройства, отлича-ющийся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введен узел периодического исключения импульсов, содержащий дополнительный делитель частоты и элемент ИЛИ, причем второй выход генератора опорной частоты соединен со входом дополнительного делителя частоты й первым входом элемента ИЛИ, а выход дополни.тельного делителя частоты соединенсо вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом делителя частоты.

   I Δ У, гр ад

   -+-

   I