SU900215A1 - Цифровой фазометр - Google Patents

Description

(54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  измерени  и индикации в цифровой форме разнос ти фаз между двум  гармоническими сигналами . Известно устройство дл  измерени  разности фаз с цифровым отсчетом , содер жащее входные формирователи, два генератора импульсных последовательностей с различными частотами следовани  импульсов , которые определ ют задаваи 1ый коэффициент , масштабного преобразовани  фазового интервала, сравнивающий блок, счетчик импульсов с цифровым отсчетным блоком и блок управлени  1 . Недостатком устройства  вл етс  низка  точность измерени  величины фазового сдвига из-за погрешностей вносимых блоком сравнени , узлом масштабного преобразовани  фазовых интервалов и нестабильностью формировани  импульсных последовательностей .. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  втетс  устройство дл  измерени  фазовых сдвигов с цифровым отсчетом результата измерени ,содержащее формирователи перехода образцового и .исследуемого напр жений через Нулевые значени , соответствук цие нача- . лам периодов, первый и второй генераторы пилообразного напр жени , элемент сравнени , счетчрпс импульсов с цифровым отсчетным блоком, блок управлени , содержащий два электронных ключа, а также триггер управлени  и триггер запуска первого и второго генераторов пилообразных напр жений, двухвходовый электронный ключевой блок, подключенный выходом к счетчику импульсов, а входом к выходу формировател  сигналов перехода образцового напр жени  через нулевое значение и выходу триггера запуска первого генератора 2. Однако указанное устройство не обеспечивает вьгсокой точности измерени  фазовых сдвигов наличи  нелинейности развертывающих пилообразных наттр жений . Причём, возможность повышени 

3 9002154

точности у них ограничена предельнымгеров блока управлени  соединены с вызначением коэффициента масштабного пре- ходом элемента сравнени , а выходы перобразовани , который зависит от величин амплитуд развертывающих напр жений, скорости их нарастани , диапазона оравниваемых напр жений и порога чувствительности нуль-органов. Кроме того, с ростом коэффициента масштабного преобразовани  фазового интервала момент сравнени  перемешаетс  в область малой крутезны экспоненциальных функций, где небольшие погрешности дискриминации уровн  привод т к значительньм временным п грешност м. Цель изобретени  - повышение точности измерени . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в цифровой фазометр, содержащий формирователи импульсов, первый и второй генераторы пилообразных напр жений элемент сравнени , счетчик импульсов, блок управлени , состо щий из последовательно соединенных триггера управлени , первого электронного ключа , триггера запуска первого генератора пилообразного напр жени , второго электронного ключа и триггера запуска второго генератора пилообразного напр жени , причем вторые входы первого и второго электронных ключей соединены соответст венно с выходами первого и второго фор мирователей импульсов, первый двухвходовый электронный ключевой блок, подключенный выходом к счетчику импульсо а входами - к выходу первого формирова тел  импульсов и выходу триггера запус ка первого генератора пилообразного напр жени , дополнительно введены первый и второй двухвходовые элементы ИЛИ, „вспомогательный триггер и второй двухвходовый электронный ключевой блок, один вход которого соединен с выходом второго формировател  импульсов, а другой объединен с одним из входов второго двухвходового элемента ИЛИ и подключен к выходу триггера запуска второго генератора пилообразного напр жени , а выход соединен со счетным входом вспомогательного триггера, выход которого подключен к объединенным входам первого и второго двухвходовых элементов ИЛИ, чьи выходы соедине ы соответ ственно со входами первого и второго генераторов пилообразных напр жений, второй вход первого двухвходового элемента ИЛИ соединен с выходом триггера запуска первого генератора пилообразного напр жени , кроме того нулевые входы вспомогательного триггера и триг вого и второго двухвходовых элементов ИЛИ соединены соответственно со входами первого и второго генераторов пилообразных напр жений. На фиг,1 приведена функциональна  схема цифрового фазометра; на фиг, 2 временна  диаграмма его работы. Устройство состоит из входных фор- мирователей 1 и 2,триггера 3 управлени , первого электронного ключа 4, триггера 5 запуска первого генератора пилообразного напр жени , второго электронного ключа°6, триггера 7 запуска второго генератора пилообразного напр жени  первого авухвкоаового электронного ключевого блока 8, ивук- вхоаовых элементов ИЛИ 9 И 10, второго двухвходового электронного ключевого блока 11, счетчика 12 импульсов; генераторов 13 и 14 пилообразных напр жений , вспомогательного триггера 15, элемента сравнени  16, блока 17 управлени . Причем, образцовое UQ и исследуемое (Jy; напр жени  подаютс  на входы формирователей I и 2, На вход триггера 3 управлени  поступает сигнал U соответствующий началу измерени . Цифровой фазометр работает следующим образом. Перед началом измерени  все триггерынаход тс всос о нии о Ггенёра ,р отключены. Образцовое UQ и исследуемое U напр жени , сдвинуты по фазе на угол f , подаютс  на входы формирователей 1 и 2 импульсов, По сигналуич)г1п разрешающему измерение в момент времени -t триггер 3 управлени  переключаетс  в состо ние 1 и.открывает первый электронный ключ 4, В момент времени tg перехода образцового напр жени  UQ через нулевое значение , соответствующее началу периода, формирователь I вырабатывает импульсный сигнал и , который через первый электронный ключ 4 переключает триггер 5 в состо ние 1, Выходным сигналом триггера 5, открываютс  электронный ключ и первый двухвходовый электронный ключевой блок 8, при этом, на счетчик 12 начинают поступать импульсы, сформированные формирователем 1 из сигналов перехода образцового напр жени  через нулевые значени  и с помощью 59 элемента ИЛИ 9 запускаегс  генератор 13 пилообразного напр жени , В момент BpavjeiiH 1:3 перехода исследуемого напр жени  (Jy через нулевое значение, соответствующее началу периода сигнал U. формировател  2 через открытый второй электронный ключ 6 устанавливает триггер 7 в состо ние 1, Выходным сигналом триггера 7 с помощью элемента ИЛИ 10 запускаетс  гене- рагор пилообразного напр жени  14 и открываетс  электронный ключевой блок 11 В момент времени fc очередным импульсом и 2 . сформированным из сигнала перехода исследуемого напр жени  че- рез нулевое значение, триггер 15 переключаетс  в состо ние О. Выходным сигналом триггера 15 с помощью элементов ИЛИ 9 и 1О осуществл етс  синхронное изменение наклонов напр жений, вырабатываемых генераторами пилообразных напр жений 13 и 14. В дальнейщем по приходу каждого очередного импульса , вырабатываемого формирователем 2 с помощью электронного ключевого бло ка 11, триггера 15, элементов ИЛИ 9 и 1О осуществл ют пер1иодическое и синхронное изменение направлени  изменени  |напр женир 1, вьфабатываемых генёраторсэм 13 и 14, череду  их возрастание и убывание , причем, соотношение между наклонами при возрастании и убывании задают одинаковыми. Кроме того, пилообразные напр жени  , вьфабатываемые генераторами 13 и 14 посто нно сравниваютс  между собой элементом сравнени  16. В момент tj равенства этих напр жений элементом сравнени  16 вьфабаты- ваетс  импульсный сигнал ,. который устанавливает все триггеры в исходное состо ние. При этом все ключи аакрываютс  и счет импульсов прекращаетс . На этом цикл измерени  заканчиваетс  и если вьшолнено определенное со отношение между скорост ми и К.2-Ьо о6 изменени  линейно измен ющихс  напр жений равное К/5tgot--г . . -дд- т / г У .-K.. где Jf l,2... любое целое положительное число, характеризующее количество оцениваемых разр дов, то счетчик 12 импульсов фиксирует цифровое значение разности фаз, а of, и р) - тлы наклонов линейно измен ющихс  напр жении. Повыщение точности измерени  фазовых сдвигов достигаетс  снижением вли - 156 ки  нелинейности развертывающих напр жений . Это обеспечиваетс  за -счет уменьщени  используемой длительности рабочего хода и величины амплитуд развертывающих напр жений.: Временной интервал пропорциональный: фазовому интервалу -fc f f получаемый в результате. расширени  с помощью линейно измен ющихс  напр жений, определ етс  равенством: в выражении (1) . - коэффициент нелинейности линейно измен ющихс  напр жений , который в общем случае определ етс  вьфажением производные линейно измен ющихс  напр - жений и (-t ) в начале и конце рабочего хода. Анализ вьфажени  ( 1) показывает, что при -7 О второе слагаемое правой части равенства также стремитс  к нулю и процесс преобразовани  фазового интервала идеален, т.е. Тц) ) . .В данном цифровом фазометре дл  цепей масштабного преобразовани  выделенного фазового интервала используютс  начальные участки линейно измен ющихс  развертывающих напр жений, что в соответствии с выражением (2) равносильно уменьшению нелинейности развертывающих напр жений, так как уменьшаетс  длительность рабочего хода генераторов. А уменьшение коэффициента нелинейности , как следует из вьфажени  (1), приводит к уменьшению погрешности масштабного преобразовани  фазового интервала и, следовательно , к повышению точности измерени  фазовых сдвигов. Причем, введение в устройство дополнительных элементов, позвол ющих в процессе преобразовани  и измерени  фазового интервала осуществл ть периодическое и синхронное изменение наклонов пилообразных развертывающих напр жений, позвол ет также увеличить значение коэффициента масштабного преобразовани , без предъ влени  какихлибо дополнительных требований к длигельноста рабочего хода и волгчинам ам-

ппитуд развертывающих напр жений, скоросги их изменени , диапазону сравниваемых напр жений, порогу чувствительностги используемых нуль-органов, что также приводит к повышению точности цифрового измерени  фазовых сдвигов.

Крюме того, момент сравнени  пере- мадаетс  в область большой крутизны развертывающих функций, что уменьшает мертвую зону работы элемента сравнв ни  и уменьшает временные погрешности масштабного преобразовани  фазовых интервалов , что также приводит к повышению точности измерени .

Технический эффект заключающийс  в уменьшении погрешности масштабного преобразовани  фазового интервала, повышени  точности измерени  фазовьге сдвигов и достигаемый в данном цифровом фазометре нагл дно виден на временной диаграмме (фиг. 2). Здесь развертывающие напр жени  изображены i сплошными лини ми - дл  изобретени , а штриховыми; - дл  известного цифровых фазометров, Штрихпунктирньгми лини ми показан процесс преобразовани  и измерени  фазовых сдвигов, когда нелинейность развертывающих напр жений рав:на нулю (. О).

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР

N5 270065, кл. а 01 R 25/08, 1969.

2.Авторское свидетельство СССР

3sfe ЗО8382, кл. в Ol R 25/О9, 1971.