Устройство для измерения угла сдвига фаз между гармоническими колебаниями кратных частот

 

Применение: устройство относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения кратности и угла сдвига фаз между гармоническими колебаниями кратных частот. Сущность изобретения: устройство содержит усилители-ограничители, синхронизированные мультивибраторы, дифференцирующие цепи, двухполупериодные выпрямители, триггеры, элемент совпадения, блок дифференцирующих и распределительных цепей, выходные мультивибраторы, индикаторы, регулируемый фазовращатель, усилитель-ограничитель, синхронизированный мультивибратор, дифференцирующую цепь, однополярные вентили, формирователи импульсов, сумматор, амплитудный ограничитель, счетчики импульсов, делитель частоты с соответствующими связями. 2 ил.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения кратности и угла сдвига фаз между гармоническими колебаниями кратных частот.

Известны устройства для измерения угла сдвига фаз между гармоническими колебаниями кратных частот.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения угла сдвига фаз между гармоническими колебаниями кратных частот [1] которое выбрано в качестве прототипа.

Указанное устройство позволяет измерять угол сдвига фаз между гармоническими колебаниями кратных частот, но не обеспечивает возможности для определения соотношения между частотами гармонических колебаний.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем определения кратности частот гармонических колебаний.

Цель достигается тем, что в устройство введены регулируемый фазовращатель, третий усилитель-ограничитель, третий синхронизированный мультивибратор, третья дифференцирующая цепь, два однополярных вентиля, два формирователя, сумматор, амплитудный ограничитель, два счетчика, делитель и второй индикатор, причем к второму входу устройства последовательно подключены регулируемый фазовращатель, третий усилитель-ограничитель, третий синхронизированный мультивибратор, третья дифференцирующая цепь, второй однополярный вентиль, второй формирователь, сумматор, второй вход которого через последовательно включенные первые однополярный вентиль и первый формирователь соединен с выходом первой дифференцирующей цепи, амплитудный ограничитель, первый счетчик, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя, делитель, второй вход которого через второй счетчик соединен с выходом амплитудного ограничителя и второго формирователя, и второй индикатор, регулируемый фазовращатель.

На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 усилители-ограничители опорного и измерительного каналов, первый 3 и второй 4 синхронизированные мультивибраторы, первую 5 и вторую 6 дифференцирующие цепи, первый 7 и второй 8 двухполупериодные выпрямители, первый 9 и второй 11 триггеры, схему 10 совпадения И, дополнительный блок 12 дифференцирующих и распределительных цепей, первый 13 и второй 14 выходные мультивибраторы, первый индикатор 15, регулируемый фазовращатель 16, третий усилитель-ограничитель 17, третий синхронизированный мультивибратор 18, третью дифференцирующую цепь 19, первый 20 и второй 21 однополярные вентили, первый 22 и второй 23 формирователи, сумматор 24, амплитудный ограничитель 25, первый 26 и второй 27 счетчики, делитель 28 и второй индикатор 29. Причем опорный канал состоит из последовательно включенных усилителя-ограничителя 1, синхронизированного мультивибратора 3, дифференцирующей цепи 5, двухполупериодного выпрямителя 7 и триггера 9, выход которого соединен с первым входом схемы 10 совпадения И. Измерительный канал состоит из последовательно включенных усилителя-ограничителя 2, синхронизированного мультивибратора 4, дифференцирующей цепи 6, двухполупериодного выпрямителя 8, выход которого соединен с вторым входом схемы 10 совпадения И, к выходу которой последовательно подключены триггер 11, дополнительный блок 12 дифференцирующих и распределительных цепей, второй вход которого соединен с выходом мультивибратора 3, мультивибратор 13 и индикатор 15, второй вход которого через мультивибратор 14 соединен с вторым выходом блока 12 дифференцирующих и распределительных цепей. К второму входу устройства последовательно подключены регулируемый фазовращатель 16, усилитель-ограничитель 17, синхронизированный мультивибратор 18, дифференцирующая цепь 19, однополярный вентиль 21, формирователь 23, сумматор 24, второй вход которого через последовательно включенные однополярный вентиль 20 и формирователь 22 соединен с выходом дифференцирующей цепи 5, амплитудный ограничитель 25, счетчик 26, второй вход которого соединен с выходом формирователя 22, делитель 28, второй вход которого через счетчик 27 соединен с выходами формирователя 23 и амплитудного ограничителя 25, и индикатор 29.

Устройство работает следующим образом.

На входы опорного и измерительного каналов поступают гармонические колебания U₁(t) (фиг.2а) и U₂(t) (фиг.2б) кратных частот: U₁(t) V₁˙sin (2πf₁t+ ϕ₁), U₂(t) V₂˙sin (2πf₂t + ϕ₂), где V₁, V₂, f₁, f₂, ϕ₁, ϕ₂- амплитуды, частоты и начальные фазы гармонических колебаний.

При этом частоты f₁ и f₂ находятся в дробно-кратном отношении f₁/f₂ n/m, где n, m целые положительные числа.

Указанные колебания после усиления и ограничения (фиг.2 в, г) через мультивибраторы 3, 4 и 18 поступают на входы дифференцирующих цепей 5, 6 и 19, на выходах которых образуются короткие разнополярные импульсы (фиг.2 д,е). Отрицательные короткие импульсы инвертируются двухполупериодными выпрямителями 7 и 8 (фиг.2 ж,з).

Положительные короткие импульсы опорного канала (фиг.2ж), поступая на первый вход триггера 9, опрокидывают его. Напряжение с выхода этого триггера подается на один из входов схемы 10 совпадения. На второй вход указанной схемы подаются положительные импульсы из измерительной канала после двухполупериодного выпрямителя 8 (фиг.2з). Совпадение импульсов измерительного и опорного каналов дают на выходе схемы 10 импульс, который поступает на вход триггера 11, включенный по схеме со счетным входом. Одновременно этим же импульсом возвращают триггер 9 в первоначальное состояние по второму входу (фиг. 2 и, к). Схема приходит в исходное состояние. Напряжение, снимаемое с выхода триггера 11 (фиг.2 л,м), находится в фазе с напряжением измерительного канала и имеет частоту сигнала опорного канала. Таким образом, при сравнении временных диаграмм фиг.2 в, м видно, что напряжения опорного и измерительного каналов приведены к одной частоте (к частоте опорного канала).

Дальнейшая работа устройства аналогична работе обычных фазометров, предназначенных для измерения сдвига фаз между гармоническими колебаниями одной частоты.

Короткие разнополярные импульсы (фиг.2 д, е) с выходов дифференцирующих цепей 5 и 19 одновременно поступают на входы однополярных вентилей 20 и 21, на выходах которых образуются только положительные короткие импульсы (фиг.2 н, о). Эти импульсы соответствуют моментам перехода гармонических колебаний U₁(t) (фиг.2а) и U₂(t) (фиг.2б) через нулевой уровень с положительной производной, т. е. при переходе колебаний нулевого уровня снизу вверх. Следовательно, периоды следования указанных импульсов равны периода высокочастотных колебания U₁(t) и U₂(t). Короткие положительные импульсы (фиг.2 н,о) с выходов однополярных вентилей 20 и 21 поступают на входы формирователей 22 и 23 соответственно, которые преобразуют их в последовательности импульсов определенной длительностиτ_o и амплитуды V_o (фиг.2 п,р). Эти импульсы поступают на два входа сумматора 24. В случае совпадения импульсов с первого и второго входов на выходе сумматора 24 образуются суммирующие импульсы с амплитудой 2 V_o (фиг. 2т), которые выделяются амплитудным ограничителем 25 (фиг.2 у). Причем импульсы совпадения образуются при отрицательном соотношении начальных фаз исследуемых колебаний U₁ (t) (фиг.2 а) и U₂(t) (фиг.2 б).

Необходимые фазовые соотношения, обеспечивающие совпадение импульсов, достигаются путем изменения фазы ϕ₂ колебания U₂(t) с помощью регулируемого фазовращателя 16. Частота повторения импульсов совпадения определяется соотношением F f₂/m f₁/n.

За счет действия регулируемого фазовращателя 16 на выходе формирователя 23 образуется последовательность импульсов (фиг.2 с), которая поступает на второй вход сумматора 24, на первый вход которого подается последовательность импульсов (фиг.2 п) с выхода формирователя 22. Порог ограничения V_огр устанавливается равным амплитуде Vo коротких импульсов (V_огр V_o).

Для определения соотношения частот f₁ и f₂ необходимо подсчитать количество импульсов в каждом канале между импульсами совпадения (фиг.2 т). Процесс определения соотношения частот осуществляется с помощью счетчиков 26 и 27. При этом импульсы совпадения (фиг2у) с выхода амплитудного ограничителя 25 поступают на управляющие входы счетчиков 26, 27 и коммутируют начало и конец счета. Каждый поступивший на управляющие входы счетчиков 26 и 27 импульс сбрасывает их на нулевое значение. Подсчитанные импульсы счетчиками 26 и 27 в каждом периоде совпадения поступают на два входа делителя 28, где определяется соотношение частот f₁/f₂ n/m, которое регистрируется индикатором 29.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает измерение не только угла сдвига фаз между гармоническими колебаниями кратных частот, но и соотношение между частотами указанных колебаний. Тем самым функциональные возможности устройства расширены.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА СДВИГА ФАЗ МЕЖДУ ГАРМОНИЧЕСКИМИ КОЛЕБАНИЯМИ КРАТНЫХ ЧАСТОТ, содержащее в двух каналах последовательно включенные усилители-ограничители, синхронизированные мультивибраторы, дифференцирующие цепи и двухполупериодные выпрямители, вход первого из которых подключен к одному из входов первого триггера, а выход второго к первому входу элемента совпадения И, выход которого соединен с вторым входом первого триггера и входом второго триггера, а выход первого триггера подключен к второму входу элемента совпадения И, входы блока дифференцирующих и разделительных цепей соединены с входом второго триггера и первого синхронизированного мультивибратора соответственно, а выходы с входами соответствующих выходных мультивибраторов, выходы которых подключены к входам первого индикатора, отличающееся тем, что в него введены регулируемый фазовращатель, третий усилитель-ограничитель, третий синхронизированный мультивибратор, третья дифференцирующая цепь, два однополярных вентиля, два формирователя импульсов, сумматор, амплитудный ограничитель, два счетчика импульсов, делитель частоты и второй индикатор, причем к второму входу устройства последовательно подключены регулируемый фазовращатель, третий усилитель-ограничитель, третий синхронизированный мультивибратор, третья дифференцирующая цепь, второй однополярный вентиль, второй формирователь импульсов и сумматор, второй вход которого через последовательно включенные первый однополярный вентиль и первый формирователь импульсов соединен с выходом первой дифференцирующей цепи, выход сумматора соединен с входом амплитудного ограничителя, выход которого соединен с первыми входами первого и второго счетчиков импульсов, вторые входы которых соединены с выходами первого и второго формирователей импульсов соответственно, а выходы счетчиков импульсов соединены с соответствующими входами делителя частоты, выход которого подключен к входу второго индикатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2