Цифровой фазометр для измерения фазовых сдвигов между переменными напряжениями

О П И С А Н И Е 290232

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹â€”

Заявлено 04.Ч11.1969 (№ 1344909 18-10) с присоединением заявки ¹â€”

Приоритет—

МПК G Оlг 25/00

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Опубликовано 22.Х11.1970. Бюллетень ¹ 2 за 1971 У1,К 621.317.77(088.8)

Дата опубликования описания 29.IV.1971

Автор изобретения. i 3HAH

С. М. Маевский I-„., ЗН

Киевский ордена Ленина политехнический институт,„- .,< -гц т..

Заявитель

ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВЫХ СДВИГОВ

МЕЖДУ ПЕРЕМЕННЫМИ НАПРЯЖЕНИЯМИ

Изобретение относится к области фазоизмерительной техники, Известны фазометры, в которых расширение полосы рабочих частот достигается применением двухканального преобразователя частоты, осуществляющего перенос измеряемого фазового сдвига на фиксированную, обычно низкую частоту.

Известна также возможность использоваНИЯ ПР ИНЦИПОВ ОДНОIIO. IОСНОй МОД 1ЯЦИИ ДЛЯ формирования гетеродинных напря>кений. смещенньгх IIo частоте относительно входных напряжений на постоянную величину. Это позволяет исключить необходимость перестройки частоты гетеродина и, таким образом, автоматизировать процесс преобразования частот.

Однако отсутствие широкополосных высокоточных фазовращателей не позволяет использовать принципы однополосной модуляции в преобразователях частоты фазометров, предназначенных для измерения фазовых сдвигов в широком диапазоне частот.

Целью изобретения является измерение с высокой точностью углов сдвига фаз двух спнусоидальных на пря>кений в широком диапазоне частот.

На чертеже показана структурная схема предлагаемого фазометра.

Смесители 1 и 2 подключены ко входам каналов фазометра. К од новту из входов смесителя 2 подключен также преооразователь 8

«частота — напряжение», к входу которого подключен управляемый импульсный генератор 4. Выход генератора подключен к симметричному триггеру 5, который. в свою очередь, подкгиочен к триггеру 6 и ко входам триггера

7 через схемы совпадений 8, 9. К управляющему входу генератора 8 подключен также фазовый детектор 10, входы которого подкл о 0 чеIIbl соответственно ко входу одного пз каналов фазометра и выходу триггера 7, Входы триггеров б и 7 подключены к входам oднополосных модуляторов 11, 12, вторыс входы которых подключены к выходам симметричных триггеров 18 — 16 (логические схемы фиксаторы О, 90, 180 и 270 текущих фаз напряжений). Последние связаны с дискретными фазозращателями — пересчетными схемами

17, 18, к входам которых подключен через схе- О му совпадения 19 импульсный генератор 20.

Выходы смесителей подключены через фильтры 21, 22 к формирователям 28, 24 коротких импульсов по моментам переходов си усоидальных напряжений через нулевые зна )5 чения.

Вход одной пз пересчетных схем 17 через схему совпадений 25 связан с выходом формирователя 28. Выходы триггеров этой пересчетной схемы подключены и цифровому отсчетноЗО му устройству 26, 290232

Выходы формирователей 28, 24 коротки импульсов подсоединены к схеме совпадений

27, связанной с симметричным триггером 28.

Последний подключен к схемам совпадений 2з и 29. Триггер 80 и одновибратор 81 подключены к выходу схемы совпадения 29, выход триггера 80 — к схеме совпадения 19, выход одновибратора к триггерам 28 и 80.

Узлами фазомегра являются двухканальный преобразователь частоты (элементы: 1, 2,.

21 и 22), индикатор нулевого фазового сдви1 а (элементы: 28, 24, 27) и схема управления дпскрет ными фазовращателями (элементы: 19, 20, 25, 28, 29, 80 и 81).

Син1усоидальные напряжения U, и Uz, фазовый сдвиг которых подлежит изменению, IIOданы на входы смесителей 1, 2 двухканального преобразователя частоты.

Напряжение U. подано также на вход преобразователя 8 частоты в пропорциональное постоянное напряжение. В качестве такого преобразователя «частота — напряжение» может быть использован, например, преобразователь конденсаторного частотомера. Выходное папря1пряжение преобразователя 8 используется для перестройки управляемого импульсного генератора 4. Характеристики преобразователя и управляемого генератора 4 подобраны таким образом, чтобы частота выходного напряжеппя генератора соответствовала приблиз11тельно учетверенной частоте входного преоора:ioвателя.

Выходное импульсное напряжение генератора 4 подается на входы симметричного триггера 5. Короткие импульсы поло>китсльной и отрицательной полярности, полученные в p(. зультате дифференцирования выходного напряжения триггера 5, используются для запуска соответственно триггеров 6 и 7. При этом импульсы отрицательной полярности подаются на входы триггера 7 через схемы совпа:(ения 8 и 9, .вторые входы которых подключены соответственно ск выходам триггера 6.

В рсзультате на выходах триггеров 6 .и 7 имеют место четыре напряжения прямоугольной формы частоты, близкой к частоте входного напряжения фазометра, причем, если начальную фазу одного из этих напряжений принять за нулевую, то фазы других coставят со ответственно 90, !80, 270 . Точное равенство частоты этих напряжений частоте Bxoziibix папряжений фазометра достигается применением фазовой автоматической подстройки частоты управляемого генератора. Для этого на управляющий вход генератора подается выходное напряжение фазового детектора 10, на входы которого подключены соответственно входное напряжение фазометра и выходное напряжен ие тр иггер о в 7 и б.

Выходные напряжения триггеров 6 и 7 подаются на входы однопо IocIIbIx модуляторов

11, 12 фазокомпенсационного типа.

Ко вторым входам модуляторов подключены выходы симметри п1ых триггеров 18 — 16.

Входы триггеров 18, 14 и 15, 16 подклк1чсч1ы соответственно к дискретным фазовращателям

2ю эзю

Зэ

4ю

5Ю

6ю

17 и 18 Если коэффициент пересчета пересчетIibIx схем 17 и 18, используемых в качестве дискретных фазовращателе11, составляет 3600, что соответствует дискретности фазозращателей в О,!, то запуск триггеров 18, 15 и 14, 16 формируется соответственно в моменты поступления на входы пересчетных с. ем 3600, !

800 и 900 и 2700 импульсов генератора 20.

Выделение импульсов триггеров 18 — 16 осуществляется с помощью логическ11х схем (схем совпадения), которые и целя." упрощения 1(а чертеже не показаны. Таким ооразом, лапуc! триггеров 18, 14 и 15, 16 осуществляется в моменты времени, соответствующие значениям текущих фаз выходных напряжев;(й фазовращатслей О, 90, !80, 270 . На выхОдах одпополосI3bIx модуляторов 11 и 12 форми!3Т1отся напряжения прямоугольной формы, частота которых

Отличается От 1астоты Вxo7!Ibix па11ряж(пий фазометра на постояннм1о 13(ли 11п13, !3ав1н(1О значению частоты выxîд11ых IIапряжсн1й дискретных фазовращателей.

В этом случае разностная частота. получаемая на выходах смесителей 13 результатс биений частоты входных напряжений и выхо;1ных 1Iàïpÿæc!IèII îäнополocныx модуля Topов равна частоте Bhixo,(ных напряжс1п(й дпскр(тibix фазовращателей 17, 18.

Напряжения разностной частоты 311 1сляются прп помощи изоирательных фильтров 21, 22 Формирователи 28, 24 осуществляют формирование коротк11. импульсов в моме :1ты этих напряжений через пулевые значения.

КО!эоткис из(пмльсь1 с 13ыходо13 фо!331п!зователей 28 и 24 пода1отся на входы схсм совпадений 2з и 27. Схема совпадения 2з открыта

BncTosIIIIIhiiI напряжением, ci!II ae3!h!31 C o.(пой из половин симметричного триггера 28. Пр(1 этом короткие импульсы формирователя 28 Iloступа1от на вход одного из дискретных фазовращателей 17 и производят изменение фазы выходного напряжения этого фазовращателя

I1o отношению к выходному напряжению другого фазовращателя.

Это изменение производится до тех пор, гока не будет скомпепсировап измеряемый фазовый сдвиг, т. е. до совпадения I opoTI IIx IDIпульсon выходных напряжений формирователей 28, 24. Прп этом выходньгм импульсом схемы совпадения 27 опрокидывается триггер 28, запирается cxexia совпадения 25 и подготавл11вается схема совпадения 29. В момент заполнения дискретного фазовращателя 18 коротким импульсом, полученным на выходе схемы соВпадения 29, опрокидывается триггер 80 и запускается одвовибратор 81. Триггер 80 запирает схему совпадения 19 и прекращает подачу импульсов генератора 20 па входы дискретных фазовращателей.

Прп этом значение кода, зафиксированное положениями триггеров фазовращателя 17, соответствует измеряемому фазовому сдвигу с дискретностью, определяемой коэффициентом пересчета схем фазовращателей, Как оыло показано выше, (коэффициент пе290232

Составитель . Н. К червиво

Редактор С. И. Хейфиц

Техрел Л. Я, Левина

Корректор О. М, Ковачева ресчета 3600 соответствует дискретности по фазе в 0,1 .

Визуальный отсчет измеряемого фазового сдвига осуществляется с помощью цифрового отсчетного устройства 26.

Одновибратор 81 предназначен для выдержки времени индикации.

При возвращении одновибратора в исходное положение задним фронтом его напряжения производится установка в исходное положение триггеров 28 и 80, что соответствует началу нового цикла измерения.

Преимуществами предложенного цифрового фазометра являются высокая степень автоматизации измерительного процесса, высокая точность измерения мгновенного (на момент компенсации) значения измеряемого фазового сдвига.

Широкое применение в предложенном фазометре унифицированных элементов дискретной техники позволяет использовать достижения микроэлектроники и выполнить, таким образом, разработку широкополосного фазометра в микромодульном исполнении.

Предмет изобретения

Цифровой фазометр для измерения фазовых сдвигов между переменнымп напряжениями, содержащий двухканальный преобразователь частоты, индикатор нулевого фазового сдвига, дискретные фазовращатели и схему IIx управления, orëï÷àþùIIéñÿ тем, что, с целью повышения точности и расширения частотного диапазона, фазометр снабжен устройством смещения частоты входных напряжений, выполненным из преобразователя «частота — напряжение», управляемого генератора, фазового детектора, симметричных триггеров, схем совпадений и двух однополосных модуляторов, выходы которых подключены к смесителям двухканального преобразователя частоты, а входы с одной стороны через симметричные триггеры и логические схемы — фиксаторы О, 90, 180 и 270 текущих фаз напряжений подсоединены к дискретным фазовраща Iелям, с другой стороны — к выходам двух симметричных триггеров, входы одного из которых через схемы совпадений, а второго непосредственно подключены через третий триггер к управляемому генератору, к кото рому подсоединены выходы преобразователя

2о «

Тираж 473. Полписиос

ЦНИИП11 Комитета по дедам изоорстений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, )К 35, Расшская нао.. д. 4, 5

Тип. Харьк. Фип. пред, "Патент»