Цифровые измерители фазы

Метод дискретного счета (более точное название – цифровой метод измерения фазового сдвига), используемый в цифровых фазометрах, включает две основные операции:

– преобразование фазового сдвига Δφ в соответствующий интервал времени ΔТ;

– измерение интервала времени методом дискретного счета.

Сущность метода заключается в преобразовании обоих синусоидальных напря-жений в периодические последовательности коротких импульсов, соответствующих моментам переходов этих напряжений через ноль с производными одинакового знака (такое преобразование выполняется компараторами –“детекторами нуля”). Интервал времени ΔT между ближайшими импульсами пропорционален определяемой разности фаз Δφ (рис.12,б). Поэтому можно записать следующие соответствия:

Δφ ↔ ΔT

2π ↔ T поделив попарно левые и правые части получим отсюда следует расчетная формула (2.14)

Таким образом для определения разности фаз Δφ необходимо измерить интервалы времени ΔТ и Т методом дискретного счета.

Рассмотрим реализацию метода дискретного счета в фазометре (рис.12), в состав

которого входят преобразователь Δφ→ ΔТ искомого фазового сдвига Δφ в интервал времени ΔТ. Преобразователь имеет два одинаковых входных устройства ВУ1 и ВУ2, два формирователя Ф1 и Ф2 и RS–триггер Т (DD2).

Исследуемый гармонический сигнал u₁(t), действующий на входе четырехполюсника (см.рис.10), подается на входное устрой-ство (ВУ1), усиливающее или ослабляющее его до значения, требуемого для работы последующего устройства фазометра. Снимаемый с выхода ВУ1 гармонический сигнал поступает на первый формирователь импульсов (ФУ1), преобразующий его в последовательность коротких однополярных импульсов u_3, следующих с периодом Т (см.рис.12,б). Причем передние фронты этих импульсов практически совпадают с моментом перехода сигнала u₁(t) через нулевое значение на оси времени при его возрастании. Формирователь ФУ1 состоит из усилителя-ограничителя и компаратора (на базе триггера Шмитта).

Сигнал u₂(t) c выхода четырехполюсника поступает на входное устройство (ВУ2), затем в формирующее устройство (ФУ2) и преобразуется в последовательность коротких однополярных импульсов u₄, с периодом повторения Т и сдвинутых относительно импульсов u₃ на фазовый угол Δφ или временной интервал ΔT.

Импульсы u₃ запускают (на S-входе), а импульсы u₄ сбрасывают (на R-входе) RS-триггер (DD2) в исходное состояние. В результате на выходе триггера формируется периодическая последовательность импульсов напряжения u₆, период повторения и длительность которых равны периоду Т и сдвигу во времени ΔT исследуемых сигналов u₁(t) и u₂(t). Импульсы напряжения u₆, так называемые “временные ворота 1”, в даль-нейшем, используются в качестве управляющего сигнала временным селектором (ВС2).

Импульсы u₃ одновременно запускают Т-триггер (DD1,на базе JK-триггера в счетном режиме). Каждый импульс u₃ опрокидывает Т-триггер, в результате чего на выходе его формируются прямоугольные импульсы u₅, длительность которых равна периоду Т гармонических сигналов. Импульсы напряжения u₅, так называемые “временные ворота 2”, в последующем, используются в качестве управляющего сигнала временным селектором (ВС1).

Временные селекторы (ВС1) и (ВС2) представляют собой ключевые логические схемы на базе логических элементов “И”–элементов логического умножения. Логические элементы используются в качестве электронных ключей, открытое состояние которых зависит от длительности действия уровня логической “1” “временных ворот” на их входах “1”.

На входы “2” временных селекторов поступает непрерывная последовательность счетных импульсов с известным периодом повторения Т_сч. из генератора счетных импульсов (ГСИ). Генератор счетных импульсов состоит из кварцевого генератора гармонических колебаний стабильной частоты и схемы формирования импульсов.

На входы “3” временных селекторов поступают сигналы с уровнем логической “1” из управляющего устройства (УУ), задающего циклический характер измерения фазо-метром. В начале каждого цикла измерения из управляющего устройства (УУ) посту-пают стробирующие короткие импульсы на вторые входы счетчиков для “обнуления” счетчиков перед началом следующего цикла счета импульсов.

Счетные импульсы со стабильным периодом повторения Т_сч. используются в качестве меры интервала времени. Таким образом искомая длительность “временных ворот” может быть найдена путем “заполнения” временных ворот счетными импульсами и подсчетом их количества. Эту операцию выполняют временные селекторы совестно со счетчиками импульсов (СИ1) и (СИ2).

Временные селекторы “пропускают” на счетчики счетные импульсы до тех пор пока на их входах “1” действуют уровни логической “1” и заканчивают пропускать, когда напряжения u₅ и u₆ принимают уровни логического “0”. Таким образом напряжения u₇ и u₈ содержат N и n счетных импульсов пропорциональных интервалам времени Т и ΔТ.

Следовательно, можно записать следующие соотношения:

Т = N₍₂₎· T_сч., ΔТ = n₍₂₎· T_сч.,а формула (2.14) принимает вид

(2.15)

Таким образом на выходах счетчиков появляется информация о количестве счетных импульсов в двоично-десятичном коде (8421), которая преобразуется в десятичный код в цифровом отсчетном устройстве (ЦОУ) и записывается на цифровых табло фазометра. Искомый фазовый сдвиг рассчитывается по формуле (2.!5).

В более совершенных фазометрах операция деления количества импульсов выполняется специальным блоком и на цифровом табло фазометра появляется значение фазового сдвига в угловых единицах.

Дата добавления: 2014-01-14