Цифровой фазометр. Устройство, принцип работы преобразователя фазового сдвига во временной интервал, цифрового фазового детектора
Фазовым сдвигом φ называется модуль разности аргументов двух гармонических сигналов одинаковой частоты: u1 = U1sin(t + φ1) и u2 = U2sin(t + φ2), т. е. разности начальных фаз φ1 – φ2 (рис. 10).
Фазовый сдвиг является постоянной величиной и не зависит от момента отсчёта.
Метод дискретного счета (более точное название — цифровой метод измерения фазового сдвига), используемый в цифровых фазометрах, включает две основные операции:
1) преобразование фазового сдвига в соответствующий интервал времени;
2) измерение интервала времени методом дискретного счета.
Рассмотрим реализацию метода дискретного счета в простейшем
цифровом фазометре (рис. 8.8, а), в состав которого входят преобразователь Δφ→Δt искомого фазового сдвига Δφ в интервал времени Δt, временной селектор ВС1, генератор счетных импульсов ГИ, счетчик СЧ и цифровое отсчетное устройство ЦОУ.
Устройство и принцип действия преобразователя Δφ→таково: Преобразователь имеет два одинаковых формирователя Ф1и Ф2и триггер Т.
Синусоидальные сигналы u1и u2, имеющие некоторый фазовый сдвиг Δφ, подаются на идентичные формирователи Ф1и Ф2, преобразующие их в последовательности коротких импульсов u3 и u4(рис. 8.7, 6). Импульсы u3 запускают, а импульсы u4сбрасывают триггерТв исходное состояние. В результате на выходе триггера формируется периодическая последова-тельность импульсов напряжения, период повторения и длительность которых равны периодуТи сдвигу во времени Δtисследуемых сигналов u1и u3.
Временной селектор представляет собой ключевую логическую схему. Генератор счетных импульсов состоит из кварцевого генератора гармонических колебаний стабильной частоты и схемы формирования импульсов.
Цифровой фазометр работает следующим образом. Преобразователь Δφ→Δt из подаваемых на его входы синусоидальных сигналов u1и u2, имеющих фазовый сдвиг Δφ, формирует последовательность прямоугольных импульсов u3
(рис. 8.8, б), имеющих длительность Δt и период повторенияТ, равные соответственно сдвигу во времени и периоду сигналов u1и u2.
Импульсы u3, а также счетные импульсы u4, вырабатываемые генератором ГИ, подаются на входы временного селектора ВСІ. Данный селектор открывается на время, равное длительности Δt импульсов u3, и в течение этого времени пропускает на выход импульсы генератора u4. При этом на выходе селектора ВСІ формируются пакеты импульсов u5, следующие с периодом Т.
За один период повторения T сигналов u1и u2на счетчик СЧ с выхода селектора поступает количество импульсов, содержащееся в одном пакете и равноеn= Δt/T0, где T0 — период следования счетных импульсов генератора
Цифровой фазовый детектор на логическом элементе «исключающее ИЛИ»
а) U1 – гармонический сигнал, преобразованный в меандр
б) U2 – гармонический сигнал, преобразованный в меандр
в) выходные сигналы элемента у и фазового детектора u(t) после ФНЧ
В этом детекторе из исследуемых гармонических сигналов U1 и U2 формируется соответствующее импульсное напряжение типа меандр. Например, используется триггер Шмидта или «усилитель ограничитель». На выходе логического элемента (сумматор по модулю 2) вырабатываются импульсы напряжения у длительность которых пропорциональна фазовому сдвигу входных сигналов U1 и U2. далее этот сигнал подается на фильтр низких частот и постоянное напряжение u(t) на выходе ФНЧ пропорционально сдвигу сигнала U1 относительно опорного U2.