Фазоизмерительное устройство

 

ФАЗОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО , содержащее два блока преобразования фазы, первые входы которых соединены с выходом первого источника входных сигналов, второй вход первого блока преобразования фазы соединен с выходом второго источника входных сигналов непосредственно , а второй вход второго блока преобразования фазы соединен с ним фазосдвигаю1чую цепь, первые выходы первого и-второго блоков преобразования фазы подключены к первой группе входов блока пространственновременного разделения импульсов , два первых выхода которого соединены с входами реверсивного счетчика, на выходе которого включен ивдикатор нулевого состояния, выход которого соединен с входом элемента НЕ и первым входом блока управления , другие четыре входа которого подключены к вторым выходам блоков преобразования фазы, а пятый вход соединен с выходом элемента ИЛИ, выходы блоки управления подключены к входам установки и сброса триггера знака, выходы которого подключены к вторым входам блока пространственного разделения импульсов, вход установки нуля реверсивного счетчика соединен с первьм входом элемента ИЛИ и выходом формирователя установки нуля, отличающее с я тем, что, с целью повьшения его разрешающей способности, в него введены две фазосдвигающие цепи и два блока преобразования фазы, первые входы которых соединены с вхо (Л дом первого источника входных сигналов , а вторые входы через допол-. нительные фазосдвигающие цепи соединены с входом второго источника .входных сигналов, второй и третий входы элемента ИЛИ подключены к дополнительным выходам блока пространственно-временноТго разделения им|С пульсов, к третьему входу которого подключен ьыход элемента НЕ, первые 00 выходы дополнительных блоков преобразования фазы подключены к четвертой группе входов блока пространственно-временного разделения импульсов , а вторые выходы соединены с остальными входами блока управления .

„Я0.„1 1 12306

СОЮЗ COBETCHHX

WU

Ййпувлин

Зай С 01 R 25 00

Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ а

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

reCN Ст 1Н1 1Й reams CCCP по дили изои ят -„Ний и отн ытий (21) 2715882/18-21 (22) 16.01. 79 (46) 07.09.84. Бюл. Ф 33 (72) Л.M. Иоскалик и В.Е. Рядчиков (53) 621. 317. 77 (088.8) (56) Кирьяков В.П. и др. Электронное устройство счета и регистрации для лазерного измерителя перемещений.

"Автометрия", 1971, У !.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 2565726/2 1, кл. С 01 R 25/00, 1978. (54) (57 ) ФАЗОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее два блока преобразования фазы, первые входы которых соединены с выходом первого источника входных сигналов, второй вход первого блока преобразования фазы соединен с выходом второго источника входных сигналов непосредственно, а второй вход второго блока преобразования фазы соединен с ним че рез фазосдвигающую цепь, первые выходы первого и второго блоков преобразования. фазы подключены к первой группе входов блока пространственно-временного разделения импульсов, два первых выхода которого соединены с входами реверсивного счетчика, на выходе которого включен индикатор нулевого состояния, выход которого соединен с входом элемента НЕ и первым входом блока управления, другие четыре входа которого подключены к вторым выходам блоков преобразования фазы, а пятый вход соединен с выходом элемента ИЛИ, выходы блока управления подключены к входам установки и сброса триггера знака, выходы которого подключены к вторым входам блока пространственного разделения импульсов, вход установки нуля реверсивного счетчика соединен с первьвч входом элемента ИЛИ и выходом формирователя установки нуля, о т л и ч а ю щ е" е с я тем, что, с целью повышения его разрешающей способности, в него введены две фазосдвигающие цепи и два блока преобразования фазы, первые входы которых соединены с входом первого источника входных сигналов, а вторые входы через допол-. нительные фазосдвигающие цепи соединены с входом второго источника входных сигналов, второй и третий входы элемента ИЛИ подключены к дополнительным выходам блока пространственно-временного разделения импульсов, к третьему входу которого подключен выход элемента НЕ, первые выходы дополнительных блоков преобразования фазы подключены к четвертой группе входов блока пространственно-временного разделения импульсов, а вторые выходы соединены с остальными входами блока управления.

1 . 1112

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения сдвига фазы между двумя электрическими сигналами путем реверсивного счета циклов.

Известно фазоизмерительное устройство с реверсивным счетом циклов, содержащее два блока преобразования фазы, включающие по одному фаэоаналоговому преобразователю в оптическом.диапазоне частот, одному триггеру Шмитта и паре формирователей счетных импульсов кажцый, фазосдвигающую цепь, блок пространственно-временного разделения счетных импульсов, реверсивный счетчик с индикатором нулевого состояния,триггер знака с узлом управления и формирователь установки нуля 1 .

Недостаток этого устройства — ма20 лая разрешающая способность реверсивного счета циклов, составляющая четверть периода. При применении, например, в лазерном измерителе перемещений это устройство позволяет производить отсчеты перемещения через каждую четверть периода длины волны лазерного излучения, что в ряде . случаев может оказаться недостаточным.

Известно фазоизмерительное устройство с реверсивным счетом циклов, содержащее блоки преобразования фазы с двумя потенциальными и двумя импульсными выходами каждый, один из которых соединен с двумя источниками входных сигналов непосредственно, а другой — с первым источником непосредственно. а с вторымчерез фазосдвигающую цепь со сдвигом Л/2, блок пространственно-вре40 менно о разделения импульсов, соединенный с выходами блоков преобразования фазы, реверсивный счетчик с индикатором нулевого состояния, подключенный по двум входам к выхо45 дам блока пространственно-временного разделения импульсов, и по третьему — к формирователю установки нуля, узел управления, соединенный с потенциальными выходами блоков преобразования фазы и выходом индикатора нулевого состояния, триггер знака, включенный между узлом управления и блоком пространственно-временного разделения импульсов, трехвходовой элемент ИЛИ, один из входов которого подключен к формирователю установки нуля, а выход—

306 1 к узлу управления, и элемент НЕ, подключенный к индикатору нулевого состояния t 23.

Недостатком известного устройства является малая. разрешающая способность реверсивного счета циклов, составляющая четверть периода. Это ограничивает его применение, например, в лазерном динамометре, где требуется производить иэмерейие перемещений, составляющих малые доли волны лазерного излучения. Одновременное же измерение фазового сдвига в пределах цикла при помощи вольтметра вызывает трудности при эксплуатации.

Цель изобретения " повышение разрешающей способности реверсивного счета циклов.

Эта цель достигвается тем, что в фазоизмерительное устройство, содержащее два блока преобразования фазы, первые входы которых соединены с выходом первого источника входных сигналов, второй вход первого блока преобразования фазы соединен с выходом второго источника входных сигналов непосредственно, а второй вход второго блока преобразования фазы соединен с ним через фазосдвигающую цепь, первые выходы первого и второго блоков преобразования фазы подключены к первой группе входов блока пространственно-временного разделения импульсов, два первых выхода которого соединены с входами реверсивного счетчика, на выходе которого включен индикатор нулевого состояния, выход которого соединен с входом элемента НЕ и первым входом блока управления, другие четыре входа которого подключены к вторым выходам блоков преобразования фазы, а пятый вход соединен с выходом элемента ИЛИ, выходы блока управления подключены к входам установки и сброса триггера знака, выходы которого подключены к вторым входам блока пространственно-, временного разделения импульсов, вход установки нуля реверсивного счетчика соединен с первым входом элемента ИЛИ и выходом формирователя установки нуля, дополнительно введены две фазосдвигающие цепи и два блока преобразования фазы, первые входы которых соединены с входом первого источника входных сигналов, а вторые входы через дополнительные фазосдвигающие цепи соединены с входом второго источника входных сигналов, второй и третий входы элемента ИЛИ подключены к дополнительным выходам блока пространственно-временного разделения импульсов, к третьему входу которого подключен выход элемента НЕ, причем первые выходы дополнительных бпоков преоб-, разования фазы подключены к четвертой группе входов блока пространственно-временного разделения импульсов, а вторые выходы соединены с остальными входами блока управления.

На фиг.t изображена структурная схема фазоизг ерительного устройства с реверсивным счетом циклов, на фиг.2 — вариант выполнения схемы блока пространственно-временного раз деления импульсов, на фиг.3 — вариант выполнения схемы блока управления; на фиг.4 — вариант выполнения схемы блока преобразования фазы.

Фазоизмерительное устройство содержит блоки 1-4 преобразования фазы, в каждом из которых имеются два импульсных и два потенциальных выхода, фазосдвигающие цепи 5,6 и 7 со сдвигом фазы соответственно Л /2, Л/4 и ЗЛ/4, блок 8 пространственновременного разделения импульсов, реверсивный счетчик 9 индикатор 10 нулевого состояния, блок 11 управления, триггер 12 знака, формирователь 13 установки нуля, элемент ИЛИ

14, элемент. НЕ 15, источники 16 и 17 входного сигнала.

Блок 8 (фиг.2) содержит две пары элементов 4И-ИЛИ 18 и 19 подключенные соответственно к выходам блоков

1-4 преобразования фазы, два элемента И 20 и 21, два элемента ИЛИ 22 и 23 и два элемента 2И-ИЛИ 24 и 25.

Блок 1 1 управления (фиг.З) .содержит два элемента 4И-ИЛИ 26 и 27 с трехвходовыми элементамн И и два трехвходовых элемента И 28 и 29.

Один из блоков 1-4 преобразования фазы (фиг.4) содержит фазоаналоговый преобразователь 30, .триггер Шмитта

31 и два формирователя 32 и 33 импульсов. .Фазоизмерительное устройство работает следующим образом.

На входы 1-4 преобразования фазы поступают непрерывные гармонические, сигналы, причем на вторые входы блоков 2,3 и 4 сигналы поступают сдвинутыми соответственно на л /2, 1112306 4

_#_/4 и 3 /4 фазосдвигающими цепями 5,6 и 7.

Напряжения на выходах фазоаналоговых преобразователей 30 блоков 1-4 в пределах каждого Л фазового сдвига пропорциональны этому сдвигу.

l рафики выходных напряжений преобразователей 30 в функции фазы имеют вид пилообразных кривых, причем

1р пилообразная кривая напряжения в бло. ке 2 сдвинута относительно кривой блока 1 на рг/2, в блоке 3-д/4 и в блоке 4 - на ЗЛ/4. Триггерами Шмитта 31 эти напряжения преобразуются

15 в прямоугольные кривые, а формирователи 32 и 33 от фронтов этих кривых образуют короткие счетные импульсы. Как прямоугольные напряжения с выходов триггеров йчитта .(с потен2д циальных выходов блоков 1-4), так и счетные импульсы с выходов формирователей (с импульсных выходов этих блоков) поступают на блок 8 пространственно-временного разделения

25 импульсов. В результате того, что шаг фазового сдвига между пилообразными кривыми фазоаналоговых преобразователей 30 блоков 1-4 составляет 3l/4, счетные импульсы также

3п появляются с этим шагом. Обт единяясь на выходах блока 8 пространственно-временного разделения, эти импульсы поступают на реверсивный счетчик 9 через каждую 1/8 периода изменения фазы, что вдвое чаще, чем в известном устройстве. В результате разрешающая способность реверсивного счета циклов фазового сдвига в предлагаемом устройстве в два

4О раза вьнне, чем в известных.

Блок 8 пространственно-временного разделения импульсов выполняет функции объединения счетных импульсов и их разделения на два выхода в зависимости от направления сдвига относительно некоторого начального значения, принятого эа нулевое. В этом блоке первые элементы 4И-ИЛИ

18 и 19 объединяют счетные импульсы, появляющиеся на выходах блоков 1 и 2, вторые элементы 4И-ИЛИ 18 и 19 работают от выходных импульсов 3 и 4.

Если обозн: чить через > В,C и 3 напряжения, появляющиеся «а первых потенциальных выходах блоков преобразования фазы 1-4 (с прямых выходов . триггеров Шмитта 31) 4, Ь,Р . и Ъ напряжения вторых потенциальных выходов этих блоков (с инверсных выхо5, 1112306 в дов триггеров Шмитта), 41 Ь 0„9. им-, пульсные напряжения, сформированные, по положительным перепадам напряжений А, В, б и.3 и через 4„, 9„С„и ) „ импульсные напряжения, сформированные. 5 по отрицательным перепадам этих напряжений, то появление импульсов на выходах элементов 4И-ИЛИ 18 и 19, которые обозначены соответственно через Р, g, М. и М„ может быть опнса- 1О но прн помэщн следующих логических формул

p=AS kS„-,в+,Е, ЯАВ(+АВ(+Д,В+ ЦЯ

t4 CD„ L D„+C(D С Ъ

М =Сбл+СС1)л+СД+С,n .

1

При этом импульсы P и И имеют место, если происходит изменение фазы в сторону увеличения, в дальнейшем они объединяются элементом ИЛИ

22, импульсы Я и N появляются при изменении фазы в сторону уменьшения и объединяются затем элементом ИЛИ

23.

На элементах 2И-ИЛИ 24 и 25, управляемых триггером 12 знака, происходит разделение счетных им30 пульсов на два выхода, связанные с входами реверсивного счетчика 9. При положительном значении фазы (триггер 12 знака находится в состоянии "1") и при изменении фазы в сторону увеличения счетные импульсы с элемента ИЛИ 22 проходят на выход через элемент 2И-ИЛИ 24 и поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 9. При том же значении фазы и обратном направлении ее изменения счетные импульсы с элемента ИЛИ 23 проходят на выход через элемент 2И-ИЛИ 25, поступая на вычитающнй вход реверсивного счетчика 9. При отрицательном значении фазы (триггер 12 знака находится в состоянии "0") импульсы поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 9 (через элемент 2И-ИЛИ 25), если фаза возрастает, и на сумми- рующий вход (через элемент 2И-ИЛИ

24), если фаза убывает.

Элементы И 20 и 2.1. предназначены для запрета прохождения счетного импульса, возникающего на выходе пер- 5> вых элементов 4И-ИЛИ 18 и 19, в момент времени, когда реверсивный счетчик 9 находится в нулевом состоянии, Этот импульс проходит на один из дополнительных выходов блока 8 и затем через элемент ИЛИ 14 и блок 11 управления поступает на триггер 12 знака, изменяя его состояние.

Благодаря запрету прохождения счетного импульса на вход реверсивного счетчика 9 в момент, когда происходит изменение состояния триггера

12 знака, обеспечивается высокая скорость реверсирования устройства.

Для осуществления такого запрета одни из выходов элементов И 20 и 2t соединены с выходом элемента НЕ 15.

Нулевому состоянию реверсивного счетчика 9 могут соответствовать значения фазы вблизи О, y /2 + д или

-«2Л в зависимости от того. в какой момент произведена установка нуля, следовательно, запрету подлежит один из импульсов, возникающих на импульсных выходах блоков 1 и 2 преобразования фазы. Поэтому элементы И 20 и 21 включены после первых 4И-ИЛИ 18 и 19, объединяющих эти импульсы.

Блок 1 1 управления предназначен для управления триггером 12 знака, состояние которого должно зависеть от знака фазового сдвига относительно .некоторого начального значения, принятого эа нулевое. Изменение или установка состояния триг гера 12 знака производится одним из импульсов, проходящим через элемент ИЛИ 14 с формирователя 13 установки нуля, или с выходов первых элементов 4И-ИЛИ 18 и 19 блока

8, в момент нулевого состояния реверсивного счетчика 9. Знак фазового сдвига в этот момент полностью определяется состоянием триггера Шмитта 31 блоков 1-4 преобразования фазы, т.е. напряжениями на потенциальных выходах этих блоков.

Если нулевому состоянию счетчика 9, соответствует значение фазы вблизи

$0 то при положительном фазовом сдвиге (в промежутке от 0 до «д /4) имеются напряжения на первом потенциальном выходе блока t и на вто рых потенциальных выходах блоков 3 и 4 (в соответствии с принятыми выше обозначениями A С, Э., При отрицательном фазовом сдвиге (промежуток от 0 до -p/4) напряжения

1112306

Потенциальные выходы блоков 1-4 преобразования фазы связаны с входами элементов 4И-ИЛИ 26 и 27 блока 11 управления. Если обозначить выходные напряжения этих элементов соответственно через ) и ц то их появление может быть описано следующими логическими формулами х-асб всЬ дСэ.всю;

Y e %AC D + 5C D + AC D 4 8 e9 .

При этом напряжение Ч (на выходе элемента 4И-ИЛИ 26) имеет место при положительном сдвиге фазы относительно соответствующеro нулевого значения, напряжение у (на выходе элемента 4И-ИЛИ 27) имеет

25 место при отрицательном сдвиге фазы.

Импульс установки состояния триггера знака проходит с элемента ИЛИ 14 через элементы И 28 или 29, управляемые соответственно напряжениями

Х и Y с выходов элементов 4И-ИЛИ

26 и 27 и напряжением с выхода индикатора 10 нулевого состояния.. Если фазовый сдвиг положнтелен,то управляющее напРяжение (X) имеет место. 35 на входе элемента И 28, и импульс поступает через этот элемент на

S-вход триггера 12 знака, приводя его в состояние "1". При отрицательном фазовом сдвиге управляющее на- 40 пряжение (Y) имеется на входе элемента И 29. В этом случае импульс установки состояния триггера знака (и 13г е в блоке простренственно-временного разделения импульсов

0 и в узле управления должны быть применены элементы и И-HJIH (вместо 4И-ИЛИ) ..1 имеются только на вторых потенциальных выходах этих блоков (4, С,3 ).

Аналогичным образом могут быть рассмотрены случаи, когда нулевому состоянию счетчика 9 соответствуют значения фазы вблизи

Л у-4 . +3 М поступает на его Р "вход, прйведя в состояние "0".

Таким образом, в предлагаемом фазоизмерительном устройстве величина вдвое разрешающая способность реверсивного счета циклов по срав" нению с известными устройствами, в нем также обеспечивается высокая скорость реверсирования.

Применение предлагаемого фазоизмерительного устройства с реверсивным счетом циклов обеспечивает возможность дальнейшего увеличения разрешающей способности. Для этого требуется увеличение числа блоков преобразования фазы с фазосдвигающими цепями и некоторое усложнение схем блока пространственно-временного разделения импульсов и узла управления. Если требуется производить счет через каждые Э /и (ичетное число), то необходимо иметь

И блоков преобразования фазы, и -1 фазосдвигающих цепей со сдвигом соответственно W /n 2 /n,..., Предлагаемое фазоизмерительное устройство с реверсивным счетом циклов может найти широкое применение в прецизионных лазерных измерителях перемещений и вибраций, построенных по гетеродинной схеме.

Оно позволит повысить разрешающую способность этих устройств, увели- чить чувствительность и уменьшить погрешность измерений.

3 112306

11 f2306

1112306

Рык

Кюсю

Hiflf.14 и г ачба кагору 7d

Фиг. Я ®

Редактор

А. Мотыль

Заказ 6453/31

Филиал IIIIII "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 Ф фи \

Evw ф 1

% ф

Составитель Е. Мосолков

Техред О,Нецв Корректор М. Максимишинец

Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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