Цифровой фазометр
ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР содержащий в обоих каналах формирователи и блоки цифровой фильтрации ложных нулей, последовательно соединенные преобразователь фаза-интервалы времени , блок квантования, счетчик кода фазы, микропроцессорНЬ1Й вычислительный блок и индикаторJ последовательно соединенные генератор, элемент И и счетчик кода периода; соединенный выходами с микропроцессорным вычислительным блоко®, а также блок управления и блок синхронизации , выход которого соединен с вторым входом элемента И, преобразователем фаза-интервалы времени и блокомуправления, выходы которого соединены с микропроцессорным вычислительным блоком, входами обнуления счетчиков кода фазы и кода периода и первым входом блока синхронизации, второй вход которого соединен с одним из выходов счетчика кода периода , вторые входы блоков цифровой фильтрации ложных нулей соединены с генератором, отличающийс я тем, что, с целью повьппения точности измерения, в него введены элемент задержки и два D-триггера в каждом канале при этом С-входы всех D-триггеров соединены с генератором, а выходы - с преобразователем фазаинтервалы времени, D-входы вторых D-трнггеров обоих каналов соединены с выходами соответствующих блоков цифровой фильтрации ложных нулей, к первым входам которых подключены выходы соответствующих первых D-триггеров обоих канадов, соединенных D-входами с выходами соответствующих формирователей, выход второго сл D-триггера одного из каналов соедиD1 нен с третьим входом блока синхро низации а выход элемента И через (У1 элемент задержки соединен с блоком квантования.
СОЮЗ СОВЕТОНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН ()9) ())) 957 А
4(5)) G01 R 2 0
ГОСУДМ СТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И.ОТНРЬП ИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTOPCKOINV СИИДНЮЪСТВУ (2! ) 3676393/24-21 (22) 03. 11. 83 (46) 15.05.85. Бюл. 9 18 (72) А.С.Глинченко, С.В.Чепурных и И.К.Чмых (71) Красноярский политехнический институт (53) 621.317.77(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
Р 682844, кл. 0 01 К 25/00, 1979.
2. "Измерительная техника", 1982, 9 7, с. 51-53. (54)(57) ЦИФРОВОЙ ФАЗОИЕТР, содержащий в обоих каналах формирователи и блоки цифровой фильтрации ложных нулей, последовательно соединенные преобразователь фаза-интервалы времени, блок квантоваж я, счетчик кода фазы, микропроцессорный вычислительный блок и индикатор, последовательно соединенные генератор, элемент И и счетчик кода периода, соединенный выходами с микропроцессорным вычислительным блокоа, а также блок управления и блок синхронизации, выход которого соединен с вторым входом элемента И, преобразователем фаза-интервалы времени и блоком. управления, выходы которого соединены с микропроцессорным вычислительным блоком, входами обнуления счетчиков кода фазы и кода периода и первым входом блока синхронизации, второй вход которого соединен с одним из выходов счетчика кода периода, вторые входы блоков цифровой фильтрации ложных нулей соединены с генератором, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены элемент задержки и два D-триггера в каж,дом канале, при этом С-входы всех
D-триггеров соединены с генератором, а выходы — с преобразователем фазаинтервалы времени, D-входы вторых
D-триггеров обоих каналов соединены с выходами соответствующих блоков цифровой фильтрации ложных нулей, к первым входам которых подключены выходы соо;-ветствующих первых Р-триггеров обоих канапов, соединенных
D-входами с выходами соответствующих формирователей, выход второго
D-т риггера одного из каналов соединен с третьим входом блока синхронизации, а выход элемента И через элемент задержки соединен с блоком квантования.
1 1155957 2
Изобретение относится к импульс- ропроцессорным вычислительным блоком, ной и радиоизмерительной технике и и третий элемент И, первый вход котоможет быть использовано в метрологии рого соединен с выходом генератора, вторыми входами с выходами распределителя импульсов, а выходами через элемент ИЛИ и элемент совпадений— со счетчиком с индикацией, вход распределителя импульсов соединен с выходом генератора импульсов и входом времязадающего блока, выход которого подключен к элементу совпадений и блоку синхронизации триггеров-делителей, соединенному с выходом четвертого элемента переноса первого кана25 ла и вторым входом триггера-делителя второго канала 1 11.
Наличие задержек, зависящих от различного рода дестабилизирующих факторов (изменений температуры, питания и т.д.), а также взаимного влияния каналов в данном фазометре при- .. водит к увеличению частотнофазовой и основной погрешности и росту нестабильности характеристик фазометра.
Наиболее близким к предлагаемому
35 по технической сущности является цифровой фаэометр, содержащий входной коммутатор, к первому и второму выходам которого подключены два канала из последовательно соединенных формирователя и блока цифровой фильтрации ложных нулей, соединенных с общим для обоих канапов преобразователем фаза - интервалы времени, последовательно соединенные блок квантования, счетчик кода фазы, микропроцессорный вычислительный блок и индикатор, регистр систематической погрешности, соединенный со счетчиком кода фазы и микропроцессорным вычислительным блоком, генератор, соединенный с вторыми входами обоих блоков цифровой фильтрации ложных нулей, блок управления и времязадакщий блок с преобразовате- Ы лем период-код, содержащий два триггера, два элемента И, счетчик кода периода, соединенный выходами с миксвязи, радионавигации, системах автоматики и контроля. 5
Известен триггерный цифровой фазометр, содержащий последовательно соединенные формирователи и триггерыделители первого и второго каналов, соединенные в каждом канале с четырь-1О мя элементами переноса, соединенными выходами с четырьмя управляемыми триггерами, к выходам которых подключены четыре электронных ключа, соединенных а выход — с входами счетчика кода периода и блока квантования, другие входы которого подключены к выходам преобразователя фаза-интервалы времени, один из выходов счетчика кода периода соединен с входом первого триггера, выходы которого подключены к первым входам соответственно первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к выходу одного из блоков цифровой фильтрации ложных нулей, а выходы — к входам второго триггера, соединенного выходом с преобразователем фаза †интервалы времени, вторым входом третьего элемента И и блоком управления, который соединен также с микропроцессорным вычислительным блоком, регистром систематической погрешности, управляющим входом входного коммутатора вторым входом первого триггера и входами обнуления счетчиков кода фазы и кода периода (2 ).
Ц известном устройстве регистр систематической погрешности выполняет функции ячейки памяти, в качестве которой практически используется одна из ячеек оперативного запоминающего устройства, имеющегося в микропроцессорном вычислительном блоке, поэтому в дальнейшем этот регистр включается в состав этого блока.
Триггеры и первый и второй элементы И образуют блок синхронизации, так как осуществляют синхронизацию начала и конца времени измерения с входным сигналом, обеспечивая кратность времени измерения и периода.
Входной коммутатор, используемый для автоматическс . коррекции систематической погрешности по нулевому фазовому сдвигу путем подачи на оба входа фазометра одного и того же сигнала, не является принципиальным для решаемой задачи и в дальнейшем опущен.
Усложнение структуры цифровой двухканальной части фазометра между формирователями и блоком квантования приводит к дополнительным погрешностям, обусловленным задержками сигналов в каналах и их нестабильностями и прохождением импупьсных сигналов из канала в канал за счет паразитных связей. Также возрастает неетабипь!
155957 4 фильтрации ложных нулей и вторые ю- D — триггеры 7 и 8, соединенный с Dтриггерами 3, 4, 7 и 8 преобразователь 9 фаза-интервалы времени, выходы которого подключены к последовательно соединенным блоку 10 квантования, счетчику 11 кода фазы, микропроцессорному вычислительному блоку
12 и индикатору 13, последовательно соединенные генератор 14, выходы коз ность характеристик фазометра при воздействии различных дестабилизиру щих факторов (изменения температуры питакнцих напряжений и..т.д.).
Цель изобретения — повышение точ ности измерения сдвига фаз.
Указанная цель достигается тем, что в цифровой фазометр, содержащий в обоих каналах формирователи и бло ки цифровой фильтрации ложных нулей, последовательно соединенные преобразователь фаза-интервалы времени, блок квантования, счетчик кода фазы, микропроцессорный вычислительный блок и индикатор, последовательно соединенные генератор, элемент И и счетчик кода периода, соединенный выходами с микропроцессорным вычислительным блоком, а также блок управ ления и блок синхронизации, выход которого соединен с вторым входом элемента И, .преобразователем фазаинтервалы времени и блоком управления, выходы которого соединены с микропроцессорным вычислительным бло- 5 ком, входами обнуления счетчиков кода фазы и кода периода и первым входом блока синхронизации, второй вход которого соединен с одним из выходов счетчика кода периода, вто- 30 рые входы блоков цифровой фильтрации ложных нулей соединены с генератором, введены элемент задержки и два
9-триггера в каждом канале, при этом
С-входы всех D-триггеров соединены с генератором, а выходы — с преобразователем фаза-интервалы времени, D-входы вторых Э-триггеров обоих каналов соединены с выходами соответствующих блоков цифровой фильтрации ложных нулей, к первым входам которых подключены выходы соответствующих первых В-триггеров обоих каналов, соединенных D-входами с выхо-! дами соответствун!цих форьилрователей э 45 выход второго D-триггера одного из каналов соединен с третьим входом блока синхронизации, а выход элемента И через элемент задержки соединен с блоком ква нт ова кия .
S0
На фиг. 1 изображена структурная схема цифрового фазометра; на фиг.2. временные диаграммы; на фиг.3 - вариант реализации блока управления.
Цифровой фазометр содержит после- 5 довательно соединенные в обоих какалах формирователи 1 и 2, первые Dтриггеры 3 и 4, блоки 5 и 6 цифровой торого соединены с D-триггерами 3,4, 7 и 8 и блоками 5 и 6 цифровой фильтрации ложных нулей, элемент И 15., соединенный через элемент 16 задержки с блоком l0 квантования, и счетчик 17 кода периода, соединенный с микропроцессорным вычислительным блоком 12, блок 18 управления, соединекный входом и выходом соответственно с выходом и входом блока 19 синхронизации, который соединен с вторым D-триггером 8 одного из каналов, преобразователем 9 фаза-интервалы времени, элементом И 15 и счетчиком 12 кода периода, блок 18 управления соединен с микропроцессорным вычислительным блоком 12, счетчиком 11 кода фазы и счетчиком 17 кода периода.
В одном из возможных вариантов выполнения (фиг.3) блок 18 управления может содержать пульт 20 управления, соединенный с элементом 2 1 ввода, выход которого соединен с элементом 22 вывода, формирователь
23 одиночных импульсов, выход которого соединен с одним из входов элемента ИЛИ 24, второй вход которого соединен с одним из выходов элемента 22 вывода, второй выход которого соединен с формирователем 25 импульсов пуска.
Фазометр работает следующим образом.
Входные гармонические сигналы, преобразованные формирователями 1 и 2 в прямоугольные импульсы со стандартными логическими уровнями (фиг.20,о), поступают на D-входы первых D-триггеров 3 и 4 обоих каналов, где осуществляется привязка их фронтов и спадов к последовательности счетных импульсов генератора
14, поступающих на С-входы D-триггеров 3 и 4 (фиг.2ь). Сигналы с выходов D òðèããåðoâ 3 и 4 (фиг.21, ) поступают на преобразователь 9 фазаинтервалы времени и блоки 5 и 6
1155957 последовательностью счетных импульсов. Эти трудности снимаются, если выходные сигналы блоков 5 «6 ц«фро - О вой фильтрации ложных нулей снова привязать к последовательности счетных импульсов генератора 14, что и осуществляется с помощью вторых
D òðèããåðîâ 7 и 8 обоих каналов. Их,. :3 входные сигналы (фиг.2z.,и) и поступают далее на преобразователь 9 фаза-интервалы времени, где формируются фазовые интервалы t< „ +. (фиг.2к,, А) и интервалы коррекции (фиг,2м,,).:" :
Очевидно, что длительность этих интервалов строго кратна периоду счетных импульсов генератора 14. Интервалы коррекции формируются в преобразователе 9 фаза-интервалы времени 4b по выходным сигналам вторых D-тригге-ров 7 и 8 обоих каналов. При этом интервалы коррекции tq . формируемые по сигналам D-триггеров 3 и 7 первсго канала (фиг.2м), суммируются с 5@
1 фазовыми интервалами, а интервалы коррекции tq В блоках 5 и бцифровойфильтраци« ложных нулей возникает задержка и их э фронты и спады будут иметь про«зволь- ""э ное временное положение от«ос«тельно последовательности счетных импульсов генератора 14 (фиг,2е,эх), По фронтам и спадам этих сигналов в преобразователе 9 фаза-интервалы времени дол- 1Б жны формироваться интервалы времени, пропорциональные сдвигу фаз а совместно с выходньи сигналами первых D-триггеров 3 и 4 — интервалы кор-рекции, компенсирующие систематичес- Я кие погрешности, возникающие в блоках 5 и 6 цифровой фильтрации ложных нулей. Произвольное временное поло— жение фронтов и спадов (в том числе и взаимное) фазовых интервалов и интервалов коррекции затруднит их последующее квантование одной общей валент«о до авдея«ю интервала Т-Г„д,1, где Т вЂ” период с«гнала. Дополн«тельо ный фазовый сдвиг равный 360 при этом легко исключается. Все эт«««в тервалы поступают далее яа блок 10 квантования, где про«зводится «х к в аят оВа ние задержанной с помощью элемента 16 задержки последовательностью счетных импульсов (фиг.2 о ). Время задержки элемента 16 выбирается -,ак „.-:тобы не было наложения счетных «мпульсов на фронты и спады квантуемых интервалов, в том числе « с учетом возможных нестабильностей их временного положения, вызываемых воздействием различных дестабилизирующих фак- а также взаимного влияния каналов, В результате число импульсов на выходе блока 10 квантования и, следовательно, показание фазометра остается неизменным при наличии нестабильностей задержек сигналов в преобразователе 9 фаза-интервалы времени, если вели— чина этих нестабильностей яе превы— шает периода. счетных импульсов. Также полностью исключается влияние нестабильностей задержки с«гналов в блоках 5 и 6 цифровой фильтрац«и ложных нулей. В результате этого обеспечивается повышение точяост«измерения и долговременной стабильности характеристик измеЧисло импульсов с выхода блока 10 квантования регистрируется счетчиком 11 кода фазы и по око«чая«« времени измерения этот код N+ вводится в микропроцессорный вычислительный блок 12, Сюда же вводится код периода Ы, с выхода счет .ика 17 кода периода и по его значению вычисляется результат измерения =360.К...7Кт, Время измерения (базовое) задается счетчиком кода периода. а с помощью блока 19 синхронизации осуществляется его привязка к сигналу. сн«маемо"гу с выхода 1--триггера 8., что обеспечивает кратность времени измерения « перио— qa сигнала. 8a»;yc«: устройства, сброс с:;:-тчи "o;-. 11 и :7 кода фазы « кода периода и обмен управляюш«ми с«гяалаь « с микропропессор иым вычислитель— Hb блохGì 12 осуще:: твля-т G ок 18 шается точность измерения сдвига фаз за счет исключения погрешностей, обусловленных нестабильностями за1155957 8 дерек в блоках цифровой фильтрации и преобразования сдвига фаз в интервалы времени. Фиг.2 1155957 Составитель Н.Агеева Редактор Ю.Ковач Техред Т.Дубинчак Корректор И. Эрдейи Филиал ППП "Патент", r,Óëòîðîä, ул.Проектная, 4 Заказ 3134/40 Тираж 748 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открыгий 113035, Иосква, Ж-35, Раувская наб., д.4/5