Помехоустойчивый цифровой фазометр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (iij1 002979 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 15. 06. 79 (21) 2779596/18-21 с присоединением заявки 1чо— (23) Приоритет—

Опубликовано 070383. Бюллетень Мо9 (511М. Кп з

G 01 R 25/00

1 осударственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (ЗЗ) УДК 621. 317.

373(088.8) Дата опубликования описания 07. 03. 83 (72) Автор изобретения

О.Б.Скворцов (71) Заявитель (54 ) помехоустойчивый цифровой фАзоиетр

Изобретение относится к фазометрии и может использоваться при проведении измерений в условиях помех.

Известен помехоустойчивый цифровой фазометр, содержащий триггерный пре- образователь аналог-код, включающий в себе формирующие устройства, управляемый триггер, квантующий генератор, делитель частоты, триггер, ключевые схемы, счетчик, узел управления фор- мирователем, содержащий три триггера и ключевую схему, блок анализа области значений измеряемого сдвига фаз, содержащий элементы совпадения, ключевой элемент и элемент ИЛИ, триггер и узел коррекции результатов измерения, состоящий из элемента совпадений и ключевой схемы (13.

Недостатком этого помехоустой-. чивого цифрового фазометра является его относительно высокая сложность, относительно низкое быстродействие, а также невозможность его использования для измерения фазовых сдвигов узкополосных случайных процессов.

Известен помехоустойчивый цифровой фазометр,содержащий первый и второй дискримийаторы полярности. входы которых .соединены соответственно с первым и вторым входами помехоустойчивого цифрового фазометра, генератор опорных импульсов, первый и второй элементы совпадения, триггер, блок усреднения и блок регистрации, входы которого соединены с выходами блока усреднения 2 .

Недостатками известного помехоустойчивого"цифрового фазометра являются низкое быстродействие измерения и относительно низкая точность измерения в условиях помех.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в помехоустойчивый цифровой фазометрдсодержащий первый и второй цискримийаторы полярности, генерагор опорных импульсов, первый и второй элементы совпадения, триггер, блок усреднения и блок регистрации, входы которого соединены с выходами блока усреднения, введены умножитель частоты, делитель частоты, формирова- тель, первый и второй счетчики, ре.

25 .гистр сдвига и первый и второй элементы ИСКЛЮЧАМХЦЕЕ ИЛИ, причем первые входы первого и второго элементов ИС:.КЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходом первого дискриминатора полярности, 30 второй вход первого элемента ИСКЛЮЧА1002979!

ОЩЕЕ ИЛИ соединен с выходом второго дискриминатора полярности и информационным входом регистра сдвига, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИКЛЮЧА10ЦЕЕ

ИЛИ, выходы первого и второго элемен- 5 тов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с пепВыми входами соответственно первого и второго элементов совпадения, вторые входы которых соединены с тактовым входом регистра сдвига, выходом умножителя частоты и входом делителя частоты, выход которого соединен с входом формирователя, управляющим входом умножителя частоты и тактовым входом блока усреднения, информационные входы которого соединены с выходами первого счетчика, счетный вход которого соединен с выходом первого элемента совпадения, знаковый вход блока усреднения соединен с выходом триггера, информационный вход 20 которого соединен с выходом переноса второго счетчика, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента совпадения, выход формирователя соединен с входами сброса первого и 25 второго счетчиков, триггера и управляющим входом блока усреднения, выход генератора опорных импульсов соединен с тактовым входом умножителя частоты.

Умножитель частоты содержит разностный счетчик и вычитающий счетчик с регулируемым коэффициентом пересчета, управляющие входы которого соединены с выходами; разностного счетчика, .входы вычитания и суммирования которого являются соответственно информационным и управляющим входами умножителя частоты, выход которого является выходом вычитающего счетчика с регулируемым коэффициентом пересчета, тактовый вход которого является тактовым входом умножителя частоты.

Блок усреднения содержит комбинационный сумматор, регистр, сдвигатель кодов и вспомогательный дели- 45 тель, выход которого является управляющим выходом блока усреднения, который соединен с входом сброса регистра, информационные входы которого соединены с выходами комбинацион- 5О ного сумматора, знаковый вход и первая группа входов котррого являются соответственно знаковым и информационными входами блока усреднения, тактовый вход которого является тактовым55 входом регистра, управляющий вход блока усреднения является счетным входом вспомогательного делителя, выходы регистра соединены с второй группой входов комбинационного сумматора и входами сдвигателя кодов, выходы которого являются выходами блока усреднения.

На чертеже показана структурная схема помехоустойчивого цифрового фазометра. 65

Помехоустойчивый цифровой фазометр содержит первый 1 и второй 2 дискриминаторы полярности, генератор 3 опорных импульсов, первый 4 и второй 5 элементы совпадения, триггер 6, блок

7 усреднения и блок 8 регистрации, умножитель 9 частоты, делитель 10 частоты, формирователь 11, первый

12 и второй 13 счетчики, регистр 14 сдвига и первый 18 и второй 16 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, умножитель 9 частоты содержит разностный счетчик

17 и вычитающий счетчик 18 с регулируемым коэффициентом пересчета.

Блок 7 усреднения содержит комбинационный сумматор 19, регистр 20, сдвигатель 21 кодов и вспомогательный делитель 22.

Помехоустойчивый цифровой фазометр работает следующим образом.

Исследуемые сигналы, сдвиг фаз между которыми следует определить, подаются на первый и второй входы устройства. На управляющий вход помехоустойчивого цифрового фазометра подается сигнал с частотой исследуемых сигналов Еоп . Если хотя бы один из исследуемых сигналов не содержит случайной составляющей, характеризующей воздействие помехи, в качестве опорного сигнала можно использовать выходной сигнал дискриминатора полярности, вход которого соединен с входом, на который подан исследуемый сигнал без случайной составляющей.

Если это условие не выполняется, например, если проводится измерение сдвига фаз между узкополосными случайными сигналами, поступающими от виброакселерометров, установленных на исследуемом вращающемся объекте, в качестве опорного сигнала можно ис- . пользовать сигнал от датчика оборотной частоты, установленного на объекте. Умножитель 9 частоты обеспечивает получение на его выходе равномерно распределенных импульсов с частотои, в М раз превышающей опорную частоту на его информационном входе, причем N определяется частотой сигналов, поступающих на управляющий вход умножителя 9 частоты с выхода делителя 10 частоты, которая в N раз меньше частоты импульсов на выходе умножителя 9 частоты. Таким образом, коэффициент умножения N равен коэффициенту деления частоты 10 делителя.

В установившемся режиме частота импульсов на обоих входах разностного счетчика 17 одинакова и код, зафиксированный этим счетчиком на его выходах и определяющий коэффициент деления вычитающего счетчика

18, не изменяется. Если частота опорных импульсов увеличится (уменьшится ), код на выходах разностного счетчика уменьшится (увеличится ), что

1002979 вызовет увеличение (уменьшение ) частоты импульсов на выходе вычитающего счетчика 18, так как уменьшается (увеличивается ) его коэффициент деления. Это обеспечивает увеличение (уменьшение ) частоты импульсов на выходе делителя 10, и устройство переходит в установившийся режим рабо° ты. Коэффициент деления частоты импульсов делителя 10 определяет точность определения фазового сдвига и 10 равен М=, где bY- дискретность опЛ Ч ределения оценки фазового сдвига в радианной мере.

Аналогично для получения оценки 15

180 в градусной мере N = — -, где аЧ—

bЧ дискретность определения оценки фазового сдвига в градусной мере.

Например, если оценка фазового Я сдвига проводится с точностью (дискретностью ) в 1, то коэффициент деления делителя 10 и = 180. Коэффициент пересчета первого счетчика 12 должен превышать Й, а коэффициент пересчета 25 второго счетчка 13 и длина (количество разрядов ) регистра 14 сдвига должны быть равны й/ 2. .

Исследуемые сигналы с выходов первого 1 и второго 2 дискриминаторов полярности поступают на входы первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15, который обеспечивает выделение моментов времени, характеризующихся разной полярностью исследуемых сигналов,З5 что приводит к появлению единичного логического сигнала на выходе первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 15.

Этот единичный логический сигнал, поступая на вход первого элемента 4 совпадения, разрешает прохождение через него импульсов с выхода умножителя 9 частоты, которые считают- . ся первым счетчиком 12. Так как измерение оценки фазового сдвига подводится в течение полупериода, в счет- 45 чике 12 фиксируется код, характеризующий длительность несовпадения знаков входных сигналов в относительных единицах, т.е. по существу модуль фазового сдвига Унезависимо от 50 последовательности переходов исследуемых сигналов через нулевое значение.

Логический сигнал с выхода одного из дискриминаторов 1 полярности по- 55 дается на первый вход второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, на второй вход которого подается логический сигнал с выхода второго дискриминатора полярности, задержанный на четверть периода регистра 14 сдвига.

Выходной сигнал второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 управляет вторым элементом совпадения, который обеспечивает пропускание импульсов с выхода умножителя 9 частоты на счетный 65 вход второго счетчика 13, причем, если за время получения данной оценки фазового сдвига на е".о вход поступит более Й/2 импульсов, на выходе этого счетчика формируется сигнал переноса, который перебрасывает триггер 6, выходной сигнал которого характеризует знак получаемой оценки фазового сдвига. Получаемые оценки модуля фазового сдвига с учетом знака накапливаются в регистре 20 блока 7 усреднения путем суммирования с ранее накопленными результатами с помощью сумматора 19.

Каждая оценка фазового сдвига начинается и оканчивается появлением сигнала на выходе делителя 10, по которому проводится запись в регистр

20 очередного значения суммы и запуск формирователя 11 импульса, который обеспечивает формирование импульса сброса счетчиков 12 и 13 и триггера 6. Этот импульс также уве- . личивает на единицу состояние вспомогательного делителя 22, коэффициент деления которого равен числу усредняемых оценок и по достижении этого числа на выходе вспомогатель.,ного делителя 22 появляется сигнал, разрешающий считывание информации в блок 8 регистрации, а по заднему фронту — очистку регистра 20. Так как число устраняемых оценок удобно выбрать из ряда 2, 4, 8, 16 и т.д., т.е. целой степени числа 2, операция деления, необходимая для получения среднего значения, сводится к сдвигу кода, для чего используется сдвигатель 21 кодов.

Помехоустойчивый цифровой фазометр обеспечивает получение одиночных и усредненных оценок фазового сдвига сигналов независимо от последовательности их переходов через ну левые значения из-за воздействия по,мех, что обеспечивает проведения из,мерений фазовых сдвигов сигналов в присутствии шумов, в частности узко полосных случайных сигналов, при относительно небольших аппаратурных затратах.

Формула изобретения

1. Помехоустойчивый цифровой фа-, зометр, содержащий первый и второй дискриминаторы полярности, генератор опорных импульсов, первый и второй элементы совпадения, триггер, блок усреднения и блок регистрации, входы которого соединены с выходами блока усреднения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, он снабжен умножителем частоты, делителем частоты, формирователем, первым и вторым счет чиком, регистром сдвига, первым и вторым элементом. ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, 1002979 причем первые входы первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходом первого дискриминатора полярности, второй вход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с выходом второго дискриминатора полярности и информационным входом регистра сдвига, выход которого ооединен с вторым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы первого и вто рого элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ сое- 10 динены с первыми, входами соответственно первого и второго элементов совпадения, вторые входы которых соединены с тактовым входом регистра сдвига, выходом умножителя частоты и входом делителя частоты, выход которого соединен с входом формирователя, управляющим входом умножителя частаты и тактовым входом блока усреднения, информационные входы которого соеди» иены с выходами первого счетчика, счетный вход которого соединен с выходом первого элемента совпадения, знаковый вход блока усреднения соединен с выходом триггера, информационнцй вход которого соединен с выходом переноса второго счетчика, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента совпадения, выход формирователя соединен с входами сброса первого и второго счетчиков, триггера и управ- ЗО ляющим входом блока усреднения, вы« ход генератора опорных импульсов соединен с тактовым входом умножителя частоты.

2. Фазометр по п.1, о т л,и ч .а ю-35 шийся, тем, что умножитель часто- ты содержит разностный счетчик и вычитающий счетчик с регулиремым коэффициентом, пересчета, управляющие входы которого соединены с выходами разностного счетчика, входы вычитания и суммирования которого являются соответственно информационным и управляющим входами умножителя частоты, выход которого является выходом вычитающего счетчика с регулируемым коэффициентом пересчета, тактовый вход которого является тактовым входом умножителя частоты.

3. Фазометр по.п.1, о т л и ч аю шийся тем, что блок усреднения содержит комбинационный сумматор, регистр, сдвигатель кодов и вспомогательный делитель, выход которого является управляющим выходом блока усреднения, который соединен с входом сброса регистра, информационные входы которого соединены с выходами комбинационного сумматора, знаковый вход и первая группа входов которого являются соответственно знаковым и информационным входами блока усреднения, тактовый вход которого является тактовым входом регистра, управляющий вход блока усреднения является счетным входом вспомогательного делителя, выходы регистра соединены с второй группой входов комбинированного сумматора и входами сдвигателя кодов, выходы которого являются выходами блока усреднения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 421947., кл. С 01 и 25/00, 1972.

2. Контрольно-измерительная техника. Львов,"Вища школа", 1976, с. 116-121.

1002979

Составитель И.Барашков

Редактор И.Николайчук Техред Е.Харитончик Корректор С.Шекмар

Закаэ 1541/27 Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4