Цифровой фазометр

 

ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР, содержащий первый и второй формирователи, управляемьш .генератор, блок определения числа циклов, счетчик импульсов , реверсивный счетчик импульсов, первый регистр памяти и линию задержки ,; причем первый вход фазометра через первый формирователь подключен к входу управляемого генератора,, первому входу блока определения числа циклов и-входу установки нуля счетчика импульсов, а второй вход фазометра через второй формирователь подключен к второму входу блока определения числа циклов и через линию задержки к входу записи в старшие разряды первого регистра памяти, входы Которого подключены к выходам счетчика импульсов и реверсивного счетчика импульсов, выход управляемого генератора соединен с входом счетчика импульсов-и третьим входом блока определения числа циклов. выходы которого подключены к входамреверсивного счетчика импульсов, отл-ичающийся тем, что, с целью повышения его точности, он снабжен арифметикологическим узлом, вторым и третьим регистрами памяти, , цифровым индикатором блоком управления, триггером знака, инвертором и блоком установки нуля, причем выходы арифметико-логического узлй через второй регистр памяти подключены к входам третьего регистра йамяти , цифрового индикатораи вторым входам арифметико-логического узла, первые входы которого соединены с одноименными выходами первого и третьего регистров памяти, кроме того, . старший разряд первого и третьего регистров памяти соединены параллельно со старшими разрядами первого входа арифметико-логического узла, последний разряд второго регистра памяти через три,ггер знака подключен к входам знаковых разрядов треСО тьего регистра памяти, цифрового индикатора и первому входу блока управления , второй вход которого соединен с выходом управляемого, генератора , первые выходы блока управле-г ния соединены соответственно с входами управления арифметико-логического узла, второй и третий выходы N3 00 соответствершо с входами записи и управления сдвигом второго регистра памяти, четвертый, пятый и шестой 00 выходы - соответственно с входами | записи триггера знака, цифрового индикатора и третьего регистра памяти , выход второго формирователя подключен к входам управления и записи в младшие разряды первого регистра памяти непосредственно-, а к входам управления третьего регистра памяти - через инвертор-, входы установки нуля реверсивного счетчика импуль сов и первого, второго и третьего регистров памяти подключены к выходу блока установки нуля

OOIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

g(gg G 01 R 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

r10 РЕ АМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН 1.1ТИй (21) 3620502/24- 21 (22) 13.07.83 (46) 07.12.84. Бюл.9 45 (72) С.М.Маевский, Ю.В.Куц, В.Н.Шпилька, Н.В.Сандрацкий и К.О.Орехов (53) 621.317.77(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР У 617747, кл. G 01 R 25/08 1978, 2. Патент США М 3512085, кл. С 01 R 25/00, 1970. (54)(57) ЦИФРОВОЙ ФАЗОИЕТР, содержащий первый и второй формирователи, управляемый генератор, блок определения числа циклов, счетчик импульсов, реверсивный счетчик импульсов, первый регистр памяти и линию задержки,:причем первый вход фазометра через первый формирователь подключен к входу управляемого генератора,, первому входу блока определения числа циклов и входу установки нуля счетчика импульсов, а второй вход фазометра через второй формирователь подключен к второму входу блока определения числа циклов и через линию задержки к входу записй в старшие разряды первого регистра памяти, входы которого подключены к выходам счетчика импульсов и реверсивного счетчика импульсов, выход управляемого генератора соединен с входом счетчика импульсов и третьим входом блока определения числа циклов, выходы которого подключены к входам. реверсивного счетчика импульсов, о т л и ч а.-ю шийся тем, что, с целью повышения его точности, он снабжен арифметико-логическим узлом, вторым и третьим регистрами памяти, . цифровым индикатором; блоком управ-

„„ЯО„„И 28187 ления, триггером знака, инвертором и блоком установки нуля, причем выходы арифметико-логического узлФ через второй регистр памяти подключены к входам третьего регистра памяти, цифрового индикатора. и вторым входам арифметико-логического узла, первые входы которого соединены с одноименными выходами первого и тре- тьего регистров памяти, кроме того, старший разряд первого и третьего регистров памяти соединены параллельно со старшими разрядами первого входа арифметико-логического узла, последний разряд второго регистра памяти через триггер знака подключен к входам знаковых разрядов третьего регистра памяти, цифрового индикатора и первому входу блока уп- равления, второй вход которого соединен с выходом управляемога генератора, первые выходы блока управле-. ния соединены соответственно с входами управления арифметико-логического узла, второй и третий выходы— соответственно с входами записи и управления сдвигoM второго регистра памяти, четвертый, пятый и шестой выходы — соответственно с входами записи триггера знака, цифрового индикатора и третьего регистра памя ти, выход второго формирователя подключен к входам управления и записи в младшие разряды первого регистра памяти непосредственно; а к входам управления третьего регистра памяти — через инвертор, входы установки нуля реверсивного счетчика импуль сов и первого, второго и -третьего регистров памяти подключены к выходу блока установки нуля

7 2 ризующий целое число циклов. Коды

Фазового сдвига и числа циклов записываются в регистры памяти, затем с помощью цифроаналоговых преобразователей преобразуются в постоянное напряжение, соответствующее значению измеряемого фазового сдвига и числа оборотов t 2 ).

Недостатком известного фаэометра является низкая точность измерения, обусловленная флюктуациями нульпереходов входных сигналов, вызванными действием шумов и помех, кроме того, результат измерения представляется аналоговой величиной — напряжением, что затрудняет егo использование .совместно со средствами вычислительной техники.

Цель изобретения - повышение точности измерения кумулятивных фазовых сдвигов °

Поставленная цель достигается тем, что цифровой фазометр, содержащий первый и второй формирователи, управляемый генератор, блок определения числа циклов, счетчик импуль/ сов, реверсивный счетчик импульсов, первый регистр памяти и линию,задержки, причем первый вход фазометра через первый формирователь подключен к входу управляемого:генератора первому входу блока определения числа циклов я входу установки нуля счет- чика импульсов, а второй вход фаэометра через второй формирователь подключен к .второму входу блока определения числа циклов и через линяю задержки к.входу записи в старшие разряды первого регистра памяти, входы которого подключетты с выходам счетчика импульсов и реверсивного счетчика импульсов, выход управляемого генератора соединен с входом счетчика импульсов и третьим входом блока определения числа циклов, выходы которого подключены к входам реверсивного счетчика импульсов, дополнительно снабжен арифметико-логи ческим.узлом, вторым и третьим регистрами памяти, цифровым индикатором, блоком управления, триггером знака, инвертдром и блоком установки нуля, причем выходы арифметикологического узла через второй регистр памяти подключен к входам третьегорегистра памяти, цифрового индикатора и вторым входам арифметико-логического узла, первые входы которого соединены с одноименными выхода1 !12818

Изобретение относится к фазоиэмерительной технике и может быть использовано для измерения сдвигов в пределах, превышающих 360 .

Известен цифровой фазометр для измерения больших фазовых сдвигов, содержащий входные формирователи, ключи, генератор тактовых импульсов, делители, реверсивные счетчики, би нарный квантователь фазы, блок равнозначности, схему ИЛИ и инвертор 513

Измерение в данном устройстве осуществляется за один, период иссле-. дуемых согналов по их нуль-переходам, поэтому оно имеет низкую точность измерения при наличии шумов во входных сигналах, вызывающих флюктуации нуль-переходов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является измеряющий фаэьвые сдвиги, превышающие 360о, кумулятивный фаэометр, который содержит первый и второй формирователи, генератор, схему определения числа циклов, счетчик импульсов,.реверсивный счетчик импульсов, регистр памяти, линию задержки, два цифроаналоговых преобразователя и сумматор, причем первый вход фазометра через первый формирователь подключен к первому входу схемы определения числа циклов, и входу установки нуля счетчика импульсов,. а второй вход фазометра через второй формирователь подключен к второму входу схемы опреде35 .ления числа циклов и через линию задержки к входу записи регистра йамяти„ входы которого подключены к выходам счетчика импульсов и реверсивного счетчика импульсов; при этом

40 выход генератора соединен с входом счетчика импульсов и третьим входом схемы определения числа циклов, выходы которой подключены к входу реверсивного счетчика импульсов, 45 входы цифроаналоговых преобразователей соединены со старшими и младшими разрядами регистра памяти, а выходы - с входами сумматора, выход которого подключен к выходу фазометра. В этом фазометре в каждом периоде входного сигнала производится преобразование фазового сдвига входных сигналов в цифровой код, получаемый в счетчике фазового сдви- 55 га. При изменении фазового сдвига бо < лее чем на 2Э изменяется код реверсивного счетчика импульсов, характе3 ll28 ми первого и третьего регистров па" мяти, кроме того, старший разряд первого. и третьего регистров памяти соединен со старшими разрядами первого входа арифметико-логического узла

5 последний разряд второго регистра памяти через триггер знака подключен к входам знаковых разрядов третьего регистра памяти, цифрового индикатора и первому входу блока управления, второй вход которого соединен с выходом управляемого генератора, первые выходы блока управления соединены соответственно с входами управления арифметико-логического

- 15 узла, второй и третий выходы — соответственно с,входом записи и управления сдвигом второго регистра памяти, четвертый, пятый и шестой выходы - соответственно с входами записи триггера знака, цифрового ин20 дикатора и третьего регистра памяти, выход второго формирователя подключен к входам управления и записи в младшие разряды первого регистра

25 намяти непосредственно, а к входам уйравления третьего регистра памяти — через иивертор, входы установки нуля реверсивного счетчика им-. пульсов и первого, второго и третье:го регистров памяти подключены к выходу блока установки нуля, На фиг;1 представлена функциональная схема фазометра; на фиг.2 — зпюры напряжений, поясняющие работу фазометра. 35

Цифровой фазометр содержит формирователи 1 и 2, входы которых соединены соответственно.с входами 3 и 4 фазометра, блок 5 определения числа циклов (оборотов ), первый и 4О второй входы которого соединены соответственно с выходами формировате.лей.l и 2,и выходы — с входами реверсивного счетчика 6 импульсов, управляемый генератор 7 тактовых импуль- 45. сов, вход которого подключен к выхо- . ду первого формирователя 1, а выход. к входу синхронизации блока определения числа циклов и счетному входу счетчика 8 импульсов, вход уста- 5О иовки.нуля которого подсоединен к выходу первого формирователя 1, первый регистр 9 памяти, входы, младших . разрядов которого подключены к выходам счетчика .8, входы старших раэ- 55 рядов — к выходам реверсивного счетчика 6, вход записи в младшие разряды - к выходу второго формирова187 4 теля 2, а вход записи в старшие разряды подключен к выходу второго формирователя 2 через линию 1.0 задержки, арифметико-логический узел

11, первые входы которого соединены с соответствующими выходами второго регистра 12 памяти, вторые входы — с соответствующими выходами регистров 9 и 13 памяти, причем старший разряд регистров 9 и 13 соединен па-раллельно с вторымн входами. старших разрядов узла 11, выходы которого соединены с соответствующими входами регистра 12, управляющие входы узла 11 соединены с первыми выходами 14. блока 15 управления, выходы регистра 12 соединены с соответствующими входами регистра 1З.цифрового индикатора 16. Выход последнего, старшего, разряда регистра 12 соединен с входом триггера 17 знака, вход синхронизации подключен к четвертому выходу 18 блока 15, а выходк соответствующим входам регистра .13; индикатора 16 .и первым входам 19 блока 15. Выходы записи и управле« ния сдвигом регистра 12 соединены соответственно с вторым и третьим выходами 20 и 21 блока 15, вход сйнхронизации индикатора 16 и. вход синхронизации регистра 13 соединены соответственно с пятым и шестым выходами 22 и 23 блока 15, второй вход 24 которого соединен с выходом управляемого генератора 7. Выход формирователя 2 подключен к входу. управ" ления регистра 9 непосредственно, а к входу управления 13 — через инвертор 25, входы установки нуля счетчика 6 и регистров 9, 12 и 13 подключены к выходу блока 26 установки нуля.

Устройство осуществляет измерение нескольких значений фазовых сдвигов, с учетом их знаков, усредняет эти значения и корректрирует результат с учетом фазового сдвига . ЬМо, полученного при установке нудя. Ре-. эультат измерения фазового сдвига Ф. можно представить формулой ь 2К ф =+ — — — X(2 М- + Ьй .4N (9

3600 где — — — дискретность измерения

2 . фазового сдвига, определяемая разрядностью счетчика 8; .tn — число разрядов счетчика 8;

3 1128 — код числа циклов, определяемый выходным кодом реверсивного счетчика 6;

2 — количество усредняемых результатов измерения к " 1,2,...

Устройство работает следующим образом.

Гармонические сигналы, фазовый сдвиг между которым подлежит изме- 1О рению (фиг.2й, 6 ), поступают на входы 3 и 4 фаэометра Формирователи

1 и 2 формируют иэ входных сигналов прямоугольные импульсы (фиг.2 ви ъ, фронты которых соатветствуютих нульпереходам. Блок 5 определения числа; циклов формирует на одном из выходов импульс при изменении фазового сдвига между сигналами более чем на 360 о

Этот импульс увеличивает или уменьшает коц М; счетчика 6 на единицу. При измерении .фазовых:сдвигов в пределах 360 N „», где и,»„ - максимальное измеряемое число циклов, объем реверсивного счетчика следует выбирать равным 2 Н,пщ ., при этом старший разряд счетчика 6 является знаковым, причем положительному знаку фазового сдвига соответствует логический нуль на выходе знакового

ЗО разряда, а отрицательному знакулогическая .единица. В приведенной на

Ь-1 фиг.l. схеме фаэометра принято й„,„х =2

С выхода реверсивного счетчика 6 код

81 и код знака передними фронтами импульсов с выхода формирователя 2, задержанными: линией 10 задержки на время срабатывания блока 5 определения числа циклов и реверсивного счетчика 6, переписываются в старшие разряды регистра 9;

Управляемый генератор 7 формирует последовательность импульсов частотой

fg4=2 2 вх (2): где Š— частота входных сигналов ех фазометра.

Эти импульсы непрерывно поступают на вход счетчика 8 фазового сдвига, емкость которого выбрана равной 2 .

Счетчик 8 устанавливается в нулевое состояние передним фронтом импульсов формирователя l в моменты вре4> 5> 1> " +2х е 4.2 +3 > +2> + 4 28y q.>

Ф (фиг. 2 В L В моменты времени 2, .„Ф„,,..., 1 2Х,(у, (фиг. 2 2), соответствующйе,б> передййм фронтам импульсов на выходе формирователя 2, в очетчике 8 образуются коды .йltl,, соответствую187 6 щие значению измеряемого фазового сдвига. Коды dNt переписываются в младшие разряды регистра 9 передними фронтами импульсов с выхода формирователя 2. Таким образом, в каждом такте измерения в регистре 9 получают коды, соответствующие значениям измеряемого фазового сдвига, числа циклов и знака. Эти коды поступают на входы арифметино-логичес кого узла 11 для последующих преобраэований.

Арифметико-логический узел 11 осуществляет накопление результатов измерения 2 N, + дй с учетом

ttt знака, проебразование полученного кода и вычитание значения начально" ного. фазового сдвига Y, выраженного кодом aN, Для этого на управляющие входы узла 11 поступает с выхода 14 блока 15 группа управляющих сигналов. Например, в интервремени 12 ф>-, >+е +з," . . р - р блок 15. на выходе 14 формирует группу управляющих сигналов, под воздействием которой в узле II выполняется сложение кода фазового сдвига, измеренного в последнем такте, с кодом результатов предыдущих измерений. При этом выходы регистра

9 под воздействием сигнала (фиг.2ъ} на его управляющем входе подключены к первым входам узла 11.

В интервалы вр™н - 6>." 42х 2<Ф2Р+4> 2» +2Х,е блок 15 на выходе 14 фор-, мирует группу управляющих сигналов, под воздействием которых узел ll выполняет вычитание кода ай... записанного в регистре 13, из результата измерения. При этом выходы регистра 9 отключаются, а выходы регистра 13 под воздействием управляющего сигнала на его входе подключаются к первым входам узла ll. Полученные на выходе узла ll коды реэультата арифметических операций, указанных выше, запоминаются в регистре 12.при поступлении очередного импульса на вход записи этого регистра с выхода 20 блока 15 (фиг.2Ц .

При переходе .измеряемого фазового сдвига в отрицательную область или изменении фазового сдвига от 0 до

-2ЛМ в счетчиках 8 н 6 результат измерения представляется дополнительным кодом, поэтому алгебраическое сложение результатов измерения каждого такта выполняется без дополнительных преобразований кодов.

7 1.1? 8

Объем арифметика-логического уз-ла 11 и регистра 12 выбирают, учнты вая необходимое количество тактов, требуемых для усреднения результатов.измерений, таким образом, чтобы не происходило переполнение арифметико-логического узла ll и регистра

12. В фаэометре, схема кторого изображена на фиг.l, количество тактов измерения выбрано 2, следовательно, 10 число разрядов узла 11 и регистра 12 . должно быть m+Q+k двоичных разрядов.

После выполнения необходимого количества тактов измерения за интервал времени Т„ в регистре 12 образуется код усредненного результатаизмерения. Этот результат представIляется прямым кодом, если знак ре- " зультата положительный, и допол- нительным кодом, если знак от.— рицательный. Для того, чтобы окончательный результат измерения представить в-прямом коде, -независимо от знака, выполняется преобразование дополнительного кода в прямой, если знак результата отрицательный.

Для этого знак результата измерения запоминается в триггере 17 (фнг.2ж) при переходе импульса записи с выхода

18: блока 15 фиг.2 в .На фиг.2ж принято, 30 что знак результата измерения отрицательный.

В интеРвале времени 4., -1

42 +4 4 2 на выходе 14 блока 15 формируется группа сигналов управления, соответствующая операции преобразования до- З полиительного кода в прямой, Под воздействием этих сигналов узел 11 преобразует дополнительный код результата измерения, записанного в регистре 12, в прямой. Полученный прямой код записывается в регистр 12.

Таким образом, в регистре 12 получают прямой код .результата. измерения, независимо от знака. После этого в интервал времени, например, . 1 .р -14 1О выполняется деление реэультата измерений на число 2, для чего на вход управления сдвигом регистра 12 поступает сигнал управления сдвигом (фиг,23)с выхода 21 бло- 50 ка 15. Одновременно на вход записи .регистра 12 поступает серия из k импульсов с выхода 20 блока 15 (фиг.2д), которая сдвигает результат измерения на .% разрядов влево. Таким образом, 55 в разрядах от 1 до e+n-1 регистра 12

187 8 (младшие разряды ) получают прямой двоичный код окончательного усредненного результата измерений числа циклов и фазового сдвига, а на выходе триггера 17 — код знака этого результата измерения. Код результата измерения фиксируется цифровым индикатором 16 при поступлении на епо вход записи сигнала с выхода 22 блока 15 (Аиг2 .и). Цифровой индикатор 16 может содержать входные регистрй ъ преобразователь двоичного кода в, двоично-десятичный и устройство отображения.

Для исключения аддитивной погреш

l ности, обусловленной неидентичностью каналов, и для обеспечения возмож-. ности измерения приращений фазового сдвига в предлагаемом фазометре предусмотрена возможноств коррекции результата измерения, которая осуществляется следующим образом. В на-.:альный момент времени блоком 26 установки нуля реверсивный счетчик 6 и регистры 9;12 и 13 устанавливаются в исходное нулевое состояние.

Затем выполняется измерение началь- ного фазового сдвига, как описано выше, в результате чего, на

1 выходе регистра 12 формируется код ай, усредненного результата измере- ния Ч . Этот код по сигналу с выхо- да 23 блока 15 записывается в регистр 13. Код йй вычитается в каждом так-. .те последующих измерений, как описа- . но выше. Таким образом выполняется.коррекция аддитивной погрешности ре-, зультата измерения фазового. сдвига.

В фаэометре возможна достаточно простая регулировка количества усредненных тактов измерения, т.е. Регулировка числа k.,Для этого блок 15 может содержать переключатель количества усредняемых тактов, который изменяет количество импульсов, сдвигающих информацию в регистре 12.

Таким образом, использование изобретения позволит существенно.повысить точность измерения фазовых . сдвигов как .за счет усреднения результатов нескольких тактов .измерений, так и. за счет коррекции.резуль" татов измерения. Предлагаемый фазометр позволяет измерять фаэовые сдвиги с высокой, точностью при наличии асинхронных помех и шумов во входных сигналах.

1 128!87

Фиа1

Фаг. Г

Заказ 9023/ЗЗ Тираж 710 Подписное „

ВИ1!