Преобразователь фазового сдвига в код

 

ПРЕОБРАЗОВАТ1ЕЛЬ ФАЗОВОГО СДВИГА В КОД, содержащий два нуль-органа , компаратор, блок определзния порога, два триггера, два счетчика, три формирователя импульсов, два ключа , инвертор, элемент совпадения и две группы вентилей, причем вход первого нуль-органа соединен с первым входом, а вход второго нуль-органа с вторым входом преобразователя , выход второго нуль-органа подключен к входам первого и второго формирователей импульсов, выход, первого ключа соединен с входом первого счетчика и с первым входом второго ключа, Первый вход кок паратора подключен к первому входу блока определения порога и к входу второго «уль-органа, а второй вход - к выходу блока определения порога, второй вход которого соединен с третьим входом преобразова7 теля, первый вход первого ключа подключен к входу инвертора, выход кото рого соединен ciпервым входом элемента совпадения, второй вход которого подклачен к выходу первого формирователя импульсов, а выход - к первым входам первой группы вентилей и к первому входу первого триггера, второй вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, а выход - с вторым входом второго ключа, выход второго ключа подключен к первому входу второго счетчика, второй вход которого соединен с выходами первой группы вент1ил.ей, вторые входы которой подключен с f ыходу первого счетчика, выход счетчика соединен с первыми вхрд§ми второй группы вентилей, выходы которой подключены к первому выходу преобразователя , отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей преобразователя путем обеспечения следящего режима преобразования фазового сдвига в код и независимости его результатов от частоты следования опорного и-исследуемых импульсов, в него введены ш умножитель частоты, формирователь импульсов , триггер, инвертор и два элемента совпадения, причем выход первого нуль-органа соединен с вторым входом первого счетчика и с входом ВТОРОГО инвертора, а также через умножитель частоты - с входом инвертора и первым входом первого ключа, выход второго инвертора подключен к D 00 второму входу первого кгяоча, выход компаратора соединен с входами тресл 1 тьего и четвертого формирователей импульсов , первый вход второго тригг .ера подключен к выходу второго фор .миро ателя импульсов, а его выход к первому входу второго элемента совпадения , второй вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов, выход второго элемента совпадения подключен к первому входу третьего триггера, второй вход которого соединен с выходом третьего формирователя импульсов, а выход - с первым входом третьего элемента совпа

09 OO

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(sg 6 01 К 25/ОО

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

n0 Pe J1AM ИЗМ ТЕНМ е ОТКРЫТИЙ

OflHGAHNE ИЗОБРЕТЕН

М: А9ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3367897/18-21 (22) 25 12.81 ("6): 23.05.83, 6юл. И 19 (72) A.A. Плавильщиков, (53) 621.317.77(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 510676, кл. G 01 К 25/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

11 726489, кл. G 01 К 25/ОО, 25.09.78. (5")(57) ПРЕ06РАЗОВАТЕЛЬ ФАЗОВОГО

СДВИГА В КОД, содержащий два нуль-органа, компаратор, блок определения порога, два триггера, два счетчика, три формирователя импульсов, два ключа, инвертор, элемент совпадения и две группы вентилей, причем. вход первого нуль-органа соединен с первым входом, а вход второго нуль-органас вторым входом преобразователя, выход второго нуль-органа подключен к входам первого и второго формирователей импульсов, выход первого ключа соединен с входом первого счетчи— ка и с первым входом второго ключа, :.первый вход компаратора подключен к первому входу блока определения порога и к входу второго нуль-органа, а второй вход - к выходу блока определения порога, второй вход которого соединен с третьим входом преобразователя, первый вход первого ключа подключен к входу инвертора, выход кото= рого соединен с первым входом элемента совпадения, второй вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов, а выход - к первым входам первой группы вентилей и к первому входу первого триггера, второй вход которого соединен с выходом второго формирователя ймпульсов, а выход - с вторым входом второго клоча, выход второго ключа подключен к первому входу второго счетчика, второй вход которого сощ инен с выходами первой группы вентщвей, вторые входы которой подключен к .выходу первого счетчика, выход .второго

C счетчика соединен с первыми входами второй группы вентилей, выходы которой подклочены к первому выходу преобразователя, отличающийся тем, что, с целью расширения функциойальных воэможностей преобразователя путем обеспечения следящего режима преобразования фазового сдвига в код и независимости его результатов от частоты следования опорного и иссле- 9 дуемых импульсов, в него введены умножитель частоты, формирователь им" пульсов, триггер, инвертор и два weмента совпадения., причем выход первого нуль.-органа соединен с вторым входом первого счетчика и с входом

Й эрого инвертора, а также через

I+a4 умножитель частоты - с входом инвертора и первым входом первого ключа, выход второго инвертора подключен к второму входу первого ключа, выход компаратора соединен с входами тре-. тьего и четвертого формирователей им" пульсов, первый вход второго триггера подключен к выходу второго фориирова-.еля импульсов, а его выходн первому входу второго элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя,ф в импульсов, выход второго элемента совпадения подключен к первому входу третьего триггера, второй-вход которого соединен с выходом третьего формирователя импульсов, а выход - с первым входом третьего элемента совпа.

1019357

25 дения, второй вход третьего элемента совпадения подключен к выходу четвертого формирователя импульсов и к

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в измерительных приборах для преобразования фазового сдвига в цифровой код. 5

В частности, задача преобразования фазового сдвига в цифровой код возникает при вибрационном диагностировании двигателей внутреннего сгорания. При этом особенностью пре- 10 образования фазового сдвига вибрационного импульса в цифровой код является наличие в предварительно отфильтрованном с помощью полосовых фильтров сигнале узкополосного шума, источниками которого являются различные рабочие процессы объекта диагностирования, а также сопряжения, не связанные с циклом его работы.

Другой особенностью преобразования фазовых параметров вибрационного сигнала в код является Фо, что последний представляет собой определенную последовательность вибрационных импульсов, Формируемых отдельными кинематическими парами в течение цикла Т работы объекта.

Известен преобразователь Фазового сдвига в код, содержащий два нульоргана, триггер, ключ, генератор и счетчик (11.

Недостатками этого фазометра являются невозможность преобразования

Фазового сдвига в цифровой код при наличии узкополосного шума, зависимость результатов преобразования от частоты следования опорного и исследу. емых импульсов, а также невозможность реализации следящего режима преобразования.

Наиболее близким техническим реше- 4О нием к изобретению является устройство преобразования фазового сдвига в цифровой код, содержащее два нуль-органа, компаратор, блок определения порога, два триггера, лва счетчика, три фор- 45 мирователя импульсов, два ключа, генератор образцовой частоты, инвертор, второму входу второго триггера, а выходк вторым входам второй группы вентилей и к второму выходу преобразователя.

2 элемент совпадения и две группы вентилей, причем входы нуль-органов соединены с двумя входами преобразователя, выход первого нуль-органа подключен к первому входу первого триггера, а выход. второго - к входам первого и второго формирователей импульсов,. выход первого триггера соединен с входом третьего формирователя импульсов и с первым входом первого ключа, выход которого подключен к входу счетчика и к первому входу второго ключа, второй вход первого триггера соединен с выходом компаратора, первый вход которого подключен к первому входу блока определения порога и к входу второго нуль-.органа, а второй вход к выходу блока определения порога, второй вход которого соединен с третьим входом преобразователя, второй вход первого ключа подключен к выходу генератора образцовой частоты и к входу инвертора, выход которого соединен с первым входом элемента совпадения, второй вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов, а выход - к первым входам первой группы вентилей и к первому входу второго триггера, второй вход которого соединен с выхоЯом второго формирователя импульсов, а выход - с вторым входом второго ключа, выход второго ключа подключен к первому входу второго счетчика, второй вход которого соединен с выходами первой группы вентилей, вторые входы которой подключены к выходу первого счетчика, выход второго счетчика соединен с первыми входами второй группы вентилей, вторые входы которой подключены к выходу третьего формирователя импульсов, а выходы - к выходу преобразователя (Zg.

Недостатком известного преобразователя является невозможность реализации следящего режима преобразования, так как он обеспечивает преоб1019357 разование фазового сдвига только одного из fl импульсов импульсной последовательности на периоде опорного сигнала. Для преобразования фазового сдвига- в код остальных 1 -1 импульсов необходимо п -1 периодов опорного сигнала, что связано с дополнительными затратами времени. А при наличии только одной реализации сигнала (одной последовательности импульсов, соответ-10 ствующей одному циклу работы объекта )

4 или же при наличии зависимости фазовых параметров импульсов от времени применение известных преобразователей становится вообще невозможным. Недостатком преобразователя является также зависимость результатов преобра зования от частоты следования опорного и исследуемых импульсов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя путем обеспечения следящего режима преобразования фазового сдвига в код и независимости его результатов от частоты следования опорного и исследуемых импульсов, Указанная цель достигается тем, что в преобразователь фазового сдвига в код, содержащий два нуль-органа, компаратор, блок определения порога, два триггера, два счетчика, три формирователя импульсов, два ключа, инвертор, элемент совпадения, и две группы вентилей, причем вход первого нуль-органа соединен с первым входом, а вход второго нуль-органа35 с вторым входом преобразователя, выход второго нуль-органа подключен к входам первого и второго формирователей. импульсов, выход первого ключа соединен с входом первого счетчика и с первым входом второго ключа, первый вход компаратора подключен к первому входу блока определения порога и к входу второго нуль-органа, а второй вход — к выходу блока опре- 4> деления порога,,второй вход которого соединен с третьим входом преобра..зователя, первый вход первого ключа подключен к входу инвертора, вы" ход котОрого соединен с первым вхо- 50 дом элемента совпадения, второй вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов, а выход - к первым входам первой группы вентилей и к первому входу первого триг- Ss гера, второй вход которого. соединен с выходом второго формирователя им" пульсов, а выход — с вторым входом второго ключа выход второго ключа подключен к первому входу второго счетчика, второй вход которого соединен с выходами первой группы вентилей, вторые- входы которой подключены к выходу первого счетчика, выход второго счетчика соединен с первыми входами второй группы вентилей, выходы которой подключены к первому выходу преобразователя, введены умножитель частоты, формярователь им- пульсов, триггер, инвертор и два элемента совпадения, причем выход первого нуль-органа соединен с вторым-;входом первого счетчика и с входом второго инвертора., а также через умножитель частоты - с входом инвертора и первым входом первого клоча, выход второго инвертора подключен к второму входу первого ключа, выход компаратора соединен с входами третьего и четвертого формирователей. импульсов, первый вход второго триггера подключен к выходу второго формирователя импуль" сов, а его выход — к первому входу второго элемента совпадения, второй вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов, выход второго элемента совпадения подключен к первому входу третьего триггера, ВТо рой вход которого соединен с выходом третьего формирователя импульсов, а выход — с первым входом третьего элемента совпадения, второй вход третьего элемента совпадения подключен к выходу четвертого формирователя импульсов и к второму входу второго триггера, а выход - к вторым, входам второй группы вентилей и к второму выходу преобразователя.

На фиг. 1 представлена блок-схема преобразователя; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы.

Преобразователь содержит два нульоргана 1 и 2, блок 3 определения порога, компаратор 4, четыре формирователя 5-8 импульсов, два инвертора 9 и 10, элемент 11 совпадения, триг" гер 12, ключ 13, элемент 14 совпадения, умножитель 15 частоты, тригге- . ры 16 и 17, ключ 18, элемент 19 совпадения, счетчик 20, группу.вентилей 21, счетчик 22, группу вентилей 23, первый 24, второй 25 и третий 26 входы и первый 27 и второй 28. выходы, Вход нуль-органа I соединен с входом 24, а вход нуль-органа 2 - с входом 25 преобразователя и первыми

5 1019 входами блока 3 и компаратора 4, вто-, рой вход которого подключен к выходу блока. 3, второй вход блока 3 соединен с входом 26 преобразователя, выход нуль-органа 2 подключен к входам формирователей 5 и 6, выход ключа 13 соединен с первыми входами ключа 18 и счетчика 20, второй вход которого подключен к выходу нуль-органа 1 и к входам инвертора 9 и умножителя 15, to выход которого соединен с входом инвертора 1О и первым входом ключа 13, второй вход которого подключен к выходу инвертора 9, выход инвертора 10 соединен с первым входом элемента 11, 1$ выход которого подключвн к первым входам группы вентилей 21 и к первому входу триггера 16, второй вход которого соединен с выходом формирователя 6 и первым вхедом триггера 12, щ а выход - с вторым входом ключа 18, выход которого подключен к первому входу счетчика 22, второй вход счетчика 22 соединен с выходами группы вентилей 21, вторые входы которой р подключены к выходу счетчика 20, выход счетчика 22 соединен с первыми входами группы вентилей 23, выходы которой подключены к выходу 27 преоб", разователя, выход компаратора 4 соединен с входами формирователей 7 и 8, выход триггера 12 подключен к nepsoму входу элемента 14, второй вход которого соединен с выходом формирова" теля 5 и вторым входом элемента 11, выход элемента 14 подключен к первому входу триггера 17, второй вход которого соединен с выходом формирователя 7, а выход - с первым входом элемента 19, второй вход элемента 19 подключен к выходу Формирователя 8 и второму входу триггера 12, а выходк вторым входам группы вентилей 23 и выходу 28 преобразователя. !

Преобразователь работает следующим образом.

45 .В момент перехода через нуль "снизу-вверх" опорного сигнала, представляющего собой видеоимпульс и поступающего на первый вход 24 преобразователя (Фиг. 2-"24"), нуль-орган 1 формирует на своем выходе короткий импульс (Фиг. 2 -" Вых.1"), который устанавливает счетчик 20 в нулевое состояние, а также поступает на входы инвертора 9 и умножителя 15. Инверм тор 9 блокирует на время "длительности импульса на его входе ключ 13, н другой вход которого поступают

357 6 импульсы с выхода умножителя 15 частоты. КоэФФициент умножения частоты следования импульсов на входе умножителя 15 определяется исходя из необходимой разрешающей способности преобразования фазового сдвига. Так, например, при измерении в процессе диагностирования двигателей внутреннего сгорания Фазового сдвига вибрационных импульсов с разрешающей спо" собностью в 1 градус необходим коэффициент умножения умножителя, равный

720, так как период следования Т опорных импульсов равен двум оборотам коленчатого вала объекта, т.е. 720 градусам. Таким образом, на выходе умножителя 15 за период времени Т . неза(. висимо от величины последнего формируется 720 импульсов. Ilo окончании импульса на выходе нуль-органа 1 ключ 13 разблокируется и импульсы с выхода умножителя 15 начинают поступать на вход счетчика 20 (фиг. 2 - "Вых.- 20") и на первый вход .ключа 18. На второй вход 25 преобразователя поступает сиг нал (Фиг. 2 - "24" ), представляющий собой смесь последовательности вибрационных импульсов и узкополосного шума. При переходе сигнала через нульсрабатывает нуль-орган 2 (фиг. 2"Вых.2" ). При этом в зависимости от направления этого перехода срабатывает либо формирователь 5, либо формирователь 6. Так, при переходе сигнала через нуль "снизу вверх" сигнал на выходе нуль-органа 2 состояния "0" переходит в состояние "1". При этом на выходе формирователя 6 появляется импульсный сигнал (Фиг. 2 - "Вых.6"), который устанавливает триггер 16 в

,состояние "0" на его выходе (фиг.2"Вых. 16" ) и закрывает тем самым исключ 18. Поступление импульсов с выхода умножителя 15 через ключ 13 на вход счетчика 22 прекращается, и в счетчике 22 фиксируется число импульсов N (Ôèã. 2 - "Вых. 22"), отсчитанных за интервал времени между переходом через нуль опорного сигнала и рассмотренным переходом через нуль сигнала на втором входе преобразователя.

При этом на вход счетчикз 20 импульсы с выхода умножителя 15 продолжают поступать и тем самым формировать на выходе последнего код текущего значения Фазового сдвига. Переход сигнала на входе 25 преобразователя через нуль может быть вызван или полезным сигналом или. шумом. Если после

01935.7 8

7 1: перехода сигнала через нуль "снизу вверх" следует и переход последнего через порог, то код, записанный в счетчике 22, является кодом фаэового сдвига исследуемого импульсного сигнала, который необходимо выдать на выход 27 преобразователя. Если после перехода сигнала на входе 25 преобоаэователя через нуль "снизу вверх следует переход последнего через нуль "сверху вниз", то полезный сигнал на вход.25 преобразователя не поступал, и код с выхода счетчика 22 на выход 27 преобразователя выдаваться не должен. При переходе сигнала на входе 25 преобразователя через нуль "caepxy вниз" сигнал на выходе нуль-органа 2 иэ. состояния "1" переходит в состояние "0". При этом на выходе формирователя 5 появляется импульсный сигнал (фиг. 2 - "Вых. 5"), который поступает на один вход элемента 11. совпадения, на другой вход которого через инвертор 10 поступают импульсы с выхода умножителя 15. В результате чего в паузе между импульсами опорной частоты осуществляется перепись в счетчик 22 через вентили 21 кода чйсла импульсов, поступивших к данному моменту времени на вход счетчика 20, кода текущего значения фазового сдвига Р4 (фиг. 2 — "вых.22") а также установка триггера 16 в состояние "1" на его выходе (фиг. 2"Вых. 16" )..При этомсигналом на его втором входе ключ 18 открывается, и имрульсы с выхода умножителя 15, поступающие на его первый вход через ключ 13, подаются на счетный вход счетчика 22. В счетчике.22 производится подсчет импульсов с выхода умножителя 15, которые при этом прибавляются к коду Я до очередного перехода сигнала, поступающего на вход 25 преобразователя, через нуль.

Ф йолосного шума, определяемое блоком 3 определения порога. Блок 3 представляет собой стробируемый пиковый детек- . тор, измеряющий максимальное значение

5 сигнала в течение строб".импульса,по" ступающего на третий вход 26 преобразователя. Строб-импульс подается на вход 26 в моменты отсутствия полезного сигнала (для таких объектов- диагно1О стирования, как двигатель внутреннего сгорания, эти моменты, определяе-, мые его кинематикой, известны априори1

При переходе сигнала через порог в зависимости от направления этого пе"

15 рехода срабатывает либо формирователь 7, либо формирователь 8. Так при переходе сигнала через порог

"снизу вверх" сигнал на выходе компаратора 4 иэ состояния "0" перехо2в дит в состояние "i При этом на вь ходе формирователя О появляется импульсный сигнал (фиг. 2 - "Вых. 8" ),, который устанавливает триггер 12 в состояние "0" на его выходе (фиг.225 "Вых. 12" ), а также поступает на второй вход элемента 19 совпадения. Им.пульсный сигнал с второго входа элемента 19 совпадения в зависимости от состояния выхода триггера 17 либо зв проходит, либо не проходит на выход элемента 19 совпадения и далее на вторые входы вентилей 23 и выход 28 преобразователя. При переходе сйгнала через порог "сверху вниз" сигнал, на выходе компаратора 4 из состоя35 ния 1 переходит в состояние "0".

I l I I

При этом на выходе формирователя 7 появляется импульсный сигнал (фиг.2—

"Вых. 7", который устанавливает триг49 гер 17 в состояние "0" на его выходе (фиг. 2 - "Вых. 17" ). При поступ" ленни на вход 25 преобразователя вибрационного импульса наблюдается последовательность переходов сигнала через порог (фиг. 2 - "25"). Из этой последовательности переходов необходи50

Указанный процесс повторяется до тех пор, пока не появится полезный сигнал (вибрационный импульс ). При появлении полезного сигнала происхо.дит срабатывание компаратора 4 (фиг.2

"Вых. 4" ), который осуществляет сравнение текущего значения сигнала на его первом входе с порогом, поступающим на .его второй вход с выхода блока 3 определения порога (фиг. 2—

"Вых.3" ). Значение порога представляет собой предельное значение узкомо выделить первыи переход сигнала через порог "снизу вверх", который сигнализирует о появлении полезного сигнала. Выделение указанного перехода осуществляется триггерами 1 2 и 17 и элементами 14 и 19 совпадения, при помощи которых анализируются последовательности переходов сигнала через нуль и через порог и фиксируется первый переход сигнала через поpor "снизу вверх" (фиг. 2 - "Вых.12", "Вых. 14", "Вых. 17" и "Вых. 19" ).

При этом импульсный сигнал с выхода

9 11119357 10 элемента 19 совпадения поступает на сов ничем не отличается от описанновторые входы вентилей 23, разблоки- ro ранее. руя их, и на выход 28 преобразователя, Таким образом в предлагаемом прев результате чего на выходе 27 преоб- образователе обеспечивается следящий эазователя выдается код HI> - код фа- режим преобразования Фазового сдвига

Зового сдвига первого импульса из им- каждого из последовательности радиоаульсной последовательности, а на вы- импульсных сигналов относительно опорход 2о преобразователя — сигнал синхро- ного и независимость результатов ука-! низации.Процесс преобразования фазо- занного преобразования от частоты сле вого сдвига в код последующих импуль дования опорного и исследуемых сигналов.

1019357

Составитель Н. Агеева

«Редактор В Данко Texpeg 0.Иейе Корректор В. Гирняк

Зака3 .3695/39 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

11 ОД Москва И- 5 Раушская наб. д. 4/, >»

Филиал ППП ППатент", r. Ужгород, ул. Проектная, 1