SU855527A1 - Компенсационный измеритель разности фаз - Google Patents

Description

(54) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ РАЗНОСТИ ФАЗ

Изобретение относитс  к измерительной технике и может примен тьс  в информационно-измерительных системах , используемых в промьшшенности и научных исследовани х.

известны измерители разности фаз когерентных сигналов, принцип действи  которых основан на уравновешивании измер емого фазового сдвига фазовым сдвигом, создаваемым калиброванным фазовращателем. Отсчет результата производитс  по шкале фазовращател  Гц .

Однако такие недостатки механических фазовращателей, как узкий частотный диапазон, наличие люфтов и трени , зависимость фазового сдвига от геометрических размеров фазовращател  , погрешности градуировки и считывани , не позвол ют обеспечить приемлемый уровень метрологического качества измерений.

Известен автокомпенсационный фазометр с цифровым отсчетом, который состоит из набора фазовргидателей с ключами, фазового детектора, фильтра нижних частот, блока управлени  ключами , цифрового индикатора, блока определени  знака 2.

2

измер емый фазовый сдвиг поразр дно компенсируетс  посредством включени  набора фазовращателей, номинальные значени  вносимого фазового сдвига которых соответствует р ду 180, 90, 45. . .180°/2 Результат измерени  визуализируетс  цифровым индикатором в соответствии с номинальными значени ми фазовращателей.

10 Точность измерени  определ етс  точностью калибровки фазовращателей, стабильностью их номинальных значений , паразитным фазовым сдвигом, вносимым ключами и стабильностью этого

15 сдвига. Принципиальные ограничени  на точность измерени  фазового сдвига накладываютс  ключами. Число ключей измен етс  в диапазоне значений измер емой величины. Скомпенсировать

2 носимую ключами нестабильную погрешность практически невозможно. Кроме fforo, реализаци  стабильных фазовращателей 180/2.при п 7 представл ет значительные технические трудносjiS ти даже при фиксированного значени  часто1 ы измерительного сигнала. Частотнее погрешность фазовращателей, соизмерима  с номинальньпу значением . младших разр дов, усу губл ет труд30 ности высокоточного измерени  разности фаз в широком диапазоне частот рассматриваемым фазометром.

Цель изобретени  - повышение точности измерений в широком диапазоне частот.

Поставленна  цель достигаетс  тем что в компенсационный измеритель разности фаз, содержащий опорный и измерительный каналы, два триггера, триггерный фазовый детектор с фильтром нижних частот, цифровой индикатор , блок определени  знака, введены в опорный и измерительный каналы формировател , соединенные со входными клеммами, двухвходовые коммутаторы, третий триггер, второй фильтр нижних частот, блок вычитани  с интегратором на выходе, широтно-импульсный модул тор и цифровой измеритель временных интервалов, причем выходы формирователей соединены со счетными входами триггеров соответственно и с входами блока определени  знака, выход которого соединен с входом цифрового индикатора и с управл ющим входом коммутатора, введенного в опорный канал, входы коммутаторов соединены с пр мым и инверсным выходами триггеров соответственно, а вых ды - 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 вычитани , ко второму вход которого подсоединен выход первого фильтра нижних частот, а выход блока вычитани  через последовательно соединенные интегратор и широтно-импуль ный модул тор соединен с входом цифрового измерител  временных интервалов и управл ющим входом коммутатора , введенного в измерительный канал , -выходы цифрового измерител  временных интервалов соединены со входами цифрового индикатора соответственно .

На чертеже представлена блок-схема измерител  разности фаз,

Компенсационный измеритель разности фаз состоит из формировател  1,2, триггеров 3, 4, блока 5 определени  знака, двухвходовых коммутаторов 6, 7, триггерного фазового детектора 8, с фильтром 9 нижних частот, третьего триггера 10, второго фильтра 11 нижних частот, блока 12 вычитани , интегратора 13, цифрового индикатора 1 цифрового измерител  15 временных интерв лов , широтно-импульсного модул тора 16, Входные клеммы опорного и измерительного каналов соединены с формировател ми 1 и 2, Выходы формирователей 1 и 2 соединены со входами триггеров 3, 4 и входами блока 5 определени  знака. Пр мой и инверсный выходы триггеров 3, 4 соединены со входами соответствующих коммутаторов б, 7. Выход блока 5 определени  знака соединен с управл ющим входом коммутатора б в опорном канале и входом цифрового индикатора 14, Выходы коммутаторов б, 7 опорного и измерительного каналов соединены со входами триггерного фазового детектора 8, прмой выход которого через фильтр 9 нижних частот соединен с одним входом блока 12 вычитани , а инверсный выход через триггер 10 и фильтр 11 нижних частот с другим входом блока вычитани  12, Выход блока 12 вычитани  через интегратор 13 соединен с управл ющим входом широтно-импульсного модул тора 16, выход которого соединен с управл ющим входом коммутатора 7 в измерительном канале и входом цифрового измерител  15 временных интервалов, Выходы цифрового измерител  15 временных интервалов соединены со входами цифрового индикатора 14,

Claims (2)

1. Измерительные сигналы поступают на входные клеммы опорного и измерительного каналов,  вл ющиес  входами формирователей 1, 2. Формирователи вырабатывают пр моугольные импульсы , передние фронты которых прив заны 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 делени  частоты. Пр мой и инвертированный сигналы с выходов триггеров 3, 4 поступают на сигнальные входы коммутаторов 6, 7, В случае положительного фазового сдвига блок 5 определени  знака вырабатывает потенциал, размещающий прохождение пр мого сигНсша триггера 3 в опорном канале. При отрицательном фазовом сдвиге относительного опорного напр жени  блок 5 определени  знака вырабатывает потент циал, разрешающий прохождение через коммутатор б инвертированного сигнала триггера 3, внос  таким образом фазовый сдвиг дл  первой гармоники пр моугольного колебани , формируемого триггером 3, В измерительный канал фазовый сдвиг О вводитс  аналогично посредством триггера 4 и коммутатора 7, Однако управление коммутатором 7 осуществл етс  выходными импульсами широтно-импульсного модул тора 16, Коммутатор 7 поочередно, с частотой широтно-импульсного модул тора 16 подключает ко входу триггерного фазового детектора 8 пр мой или инверсный выходы триггера 4, осуществл   таким образом фазовую модул цию на два значени  0-1 I сигнала измерительного канала, причем скважность модулирующей пр моугольной последовательности импульсов целенаправленно измен етс . Триггерный фазовый детектор 8 запускаетс  передними фронтами пр моугольных импульсов коммутаторов б, 7, следующих с частотой измерительного и опорного сиг налов. Посто нна  составл юща  импульсн последовательности на выходе тригге ного фазового детектора 8 модулиров на по величине посредством фазовой модул ции сигнала измерительного ка ла. Фильтр нижних частот 9 выдел ет результирующую посто нную составл ю щую и подает ее на один из выходов блока 12 вычитани , на другой вход которого подаетс  опорное посто нно напр жение, сформированное триггеро 10и фильтром нижних частот 11. Раз ность посто нного опорного напр жен и результирующей посто нной составл ющей интегрируетс  интегратором 1 и управл ет работой широтно-импульс ного модул тора 16. Последний при нулевом напр жении на входе вырабатывает пр моугольную последовательность импульсов со скважностью 2, при положительном управл ющем напр  жении скважность увеличиваетс , при отрицательном - уменьшаетс . Пр моугольное напр жение фиксированной частоты (задающа  частота широтноимпульсного модул тора 16) с измен ющейс  в процессе уравновешивани  скважностью поступает на цифровой измеритель 15 временных интервалов. Результат измерени  и знак отображаютс  на цифровом индикаторе 14. Триггерный фазовый детектор 8, триггер 10, два фильтра нижних частот 9 11и блок 12 вычитани , соединенные описанным способом, имеют пилообразную дискриминационную характерис тику, пересекающую нулевую линий в точке 180 фазового сдвига входных сигналов. Фазовый сдвиг от нул  до 180 преобразуетс  в положительное посто нное напр жение, от 180° до 360° - в отрицательное. Введение в схему измерител  разности фаз широтно-импульсного модул  тора, управл ющего работой коммутатора в измерительном канале, третьего триггера, второго фильтра нижних частот, блока вычитани , интегратора и их соединени  указанным образом позвол ет значительно повысить точность преобразовани  фазового сдвига во временной интервал в пределах дву квадратов, а введение коммутатора в опорный канал и соединение его управ л ющего входа с блоком определени  знака исключает однозначность измерений в четырех квадрантах. Отсутствие частотнозависимых элементов в трактах преобразовани  фазового сдви га во временной интервал позвол ет перекрыть частотный диапазон от единиц кГц до сотен МГц (верхн   граница зависит от быстродействи  триггеров в режиме делени  частоты). Точ ность измерени  ра-ности фаз определ етс  cooTHOiueHHGM между периодом выходного сигнала широтноимпульсного модул тора и разрешающей способ- i ностью цифрового измерител  временных интервалов. Использование данного устройства позвол ет повысить производительность труда при многократных измерени х, исключить субъективный фактор ограничени  точности.измерений, уменьшить затраты на измерительную аппаратуру при работе в широком диапазоне частот и значительно повысить точность измерений. Формула изобретени  Компенсационный измеритель разности фаз, содержащий опорный и измерительный каналы, два триггера, триггерный фазовый детектор с фильтром нижних частот, цифровой-индикатор, блок определени  знака, о т л и ч а: ющ и и с   тем, что, с целью повышени  точности измерени  в широком диапазоне частот, в него введены в опорный и измерительный каналы формировател , соединенные со входными клеммами, двухвходовые коммутаторы, третий триггер, второй фильтр нижних частот, блок вычитани  с интегратором на выходе, широтно-импульсный модул тор и цифровой измеритель временных интервалов, причем выходы формировгчтелей соединены со счетными входами триггеров соответственно и со входами блока определени  знака, выход которого соединен с входом цифрового индикатора и с управл ющим . входом KON TyTaTOpa, введенного в опорный канал, входы коммутаторов соединены с пр мым 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 вычитани , ко второму входу которого подсоединен выход первого фильтра нижних частот, а выход блока вычитани  через последовательно соединенные интегратор и широтноимпульсный модул тор соединен с входом цифрового измерител  временных интервалов и управл ющим входом коммутатора , введеннЪго в измерительный кансш, выходы цифрового измерител  врэменных интервалов соединены со входами цифрового индикатора соответственно . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Кушнир Ф.В. и др. Измерени  в технике св зи, М., Св зь, 1976, с. 239.
2. 2.Авторское свидетельство СССР 278870, кл. G 01 « 25/04, 1968.