Следящий фазометр

 

Изобретение относится к измерительной технике. Может использоваться , например, в гетеродинных интерференционных измерителях перемещений для измерения фазовых сдвигов, значительно превышающих 360 . Цель изобретения - повышение точности измерений быстр оме няю1Щ хся фазовых сдвигов и расширение диапазона частот входных сигналов. Устройство содержит входы 2 и 3, блок 4 счета целых циклов, информационные входы 5 и 6, формирователи 7 и 8, регистры 9 и 11, выходы 12. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены измеритель 1 фазового сдвига, дешифратор 13 и кнопка 17 установки нуля. В описании изобретеi ния приводится функциональная схема блока счета целых циклов, использу (Л емого в следящем фазометру. 1 з.п. с ф-лы. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4

ВСВС6ИЩИ ,13 !>< a

СПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0вМ4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 391152 /24-21 (22) 17.06.85 (46) 15.10.86. Б . tt 38 (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) С.М. Иаевский, В.Г. Баженов, Ю.В. Куц и О.К. Негребецкая (53) 621.31.7.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1029095, кл. G 01 H. 25/00, 1981. .Патент США 0 3512085, кл. С 01 R 25/00, 1970. (54) СЛЕДЯЩ:Щ ФАЗОМЕТР (57) Изобретение относится к измерительной технике. Иожет использоваться, например, B гетеродинных

„.ЯО„„12641ОЗ А1 интерференционных измерителях перемещений для измерения фазовых сдвигов, о значительно превышающих 360 . Цель изобретения — повышение точности измерений быстроменяющихся фазовых сдвигов и расширение диапазона частот входных сигналов. Устройство содержит входы 2 и 3, блок 4 счета целых циклов, информационные входы 5 и 6, формирователи 7 и 8, регистры

9 и 11, выходы 12. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены измеритель 1 фазового сдвига, дешифратор !3 и кнопка 17 установки нуля. В описании изобретения приводится функциональная схема Е блока счета целых циклов, используемого в следящем фазометре. 1 з.п. ф-лы. 2 ил. С:

1264102

Изобретение относится к измери тельной технике и может быть использовано,, в частности, в гетеродинных интерференционных измерителях перемещений для измерения фазовых сдвигов, значительно превышающих 360о.

Цель изобретения — повышение точности измерения .быстроизменяющихся фазовых сдвигов и расширение диапазона частот входных сигналов. 10

На фиг. 1 изображена структурная схема следующего фазометра; на фиг. 2структурная схема блока счета целых циклов.

Следящий фазометр содержит иэмери- 15 тель 1 фазового сдвига, входы которого соединены со входами 2 и 3 следя.щего фазометра, блок 4 счета целых циклов, информационные входы 5 и 6 которого соединены через формирова- 20 тели 7 и 8 соответственно со входами 2 и 3 следящего фазометра, первый регистр 9, входы которого соединены с выходами блока 4 счета целых циклов, а выходы — с выходами 10

25 старших разрядов следящего фазомет.ра второй регистр 11, входы которого подключены к выходам измерителя 1 фазового сдвига, а выходы — к выходам 12 младших разрядов следя- ЗО щего фазометра, дешифратор 13, входы .которого подключены к выходам старших разрядов регистра 11, а выходы— к управляющим входам 14-16 блока 4 счета целых циклов, кнопку 17 установки нуля, первый контакт которой соединен с земляной шиной 18, а вто" рой — со входом начальной установки в нуль измерителя 1 фазового сдвига и входом 19 установки в нуль блока 40 счета целых циклов, при этом выход 20 переноса последнего соединен непосредственно с синхровходом второго регистра 11 и через линию 21 задержки — с синхровходом первого 45 регистра 9.

Блок 4 счета целых циклов (фиг.2) содержит счетчики 22 и 23, счетные входы которых соединены соответственно с информационными входами 5 и б 50 блока счета целых циклов. Управляющие входы счетчиков 22 и 23 соединены со входами 19 начальной установки в нуль блока 4 счета целых циклов. Кроме того, блок 4 счета целых 55 циклов содержит регистры 24-26 с тремя устойчивыми состояниями. Информационные входы первого 24 и второго 25 регистров соединены с выходами счетчика 23, а входы третьего регистра 26 — с выходами сумматора 27, первая .группа входов которого соединена с выходами счетчика 23, а вторая группа входов подключена младшим разрядом к шине 28 логической единицы, а остальными разрядами — к земляной шине 18. Выход переноса счетчика 22 соединен с синхровходом первого регистра 24, выходом 20 переноса блока 4 счета целых циклов и входом инвертора 29, выход которого соединен с синхровходами регистров 25 и 26, в то время как входы перевода регистров

24-26 в третье устойчивое состояние соединены соответственно с управляющими входами 14-16 блока 4 счета целых циклов.

Полное значение фазового сдвига (кумулятивный фазовый сдвиг) между сигналами на входе следящего фазометра определяется согласно выражению

Ф = ZJt(N+aN), (1) где N — число целых фазовых циклов, измеряемое блоком 4 счета целых циклов; ьИ вЂ” код доли фазового цикла, получаемый на выходе измерителя 1.

В предлагаемом следящем фазометре (в отличие от прототипа) нет необходимости в синхронном измерении

N и 6N, что позволяет использовать для измерения ь И любой позиционный фазометр, в том числе и фазометр с преобразованием частоты входных сигналов работающий в широком диапазоне частот. Следовательно, предлагаемый следящий фаэометр может измерять кумулятивные фазовые сдвиги в широком диапазоне частот и с более высокой точностью. Кроме того, в тех случаях, когда измеряемый фазовый сдвиг вначале изменяется (накапливается) с очень высокой скоростью, а затем остается неизменным или изме няется очень медленно (такие задачи встречаются очень часто, например, при измерении расстояния гетеро" динным жтерферометром), в качестве точного измерителя 1 фазового сдвига могут быть использованы высокоточные фазометры среднего значения фаэ, на пример выпускаемые серийно приборы

„Ф5131, Ф5126, и др.

Для нормальной работы блока счета целых циклов нет необходимости в синхронизации входных сигналов, так как каждый из входных сигналов поступает на отдельный счетчик 22 и

23 импульсов.

В предлагаемом следящем фаэометре результат измерения И определяется как разность кодов счетчиков

22 и 23, осуществляющих независимо tO один от другого подсчет количества цельг< фазовых циклов входных сигналов. При этом емкость N счетчиков выбирается иэ условия N > N «, где

11 — максимально возможное значение 5

0тки кода N. С целью упрощения нахождения разности кодов счетчиков 22 и 23 код N определяется не непрерывно, а только в те моменты времени, когда выходной код одного иэ счетчиков, (в данном случае 22) равен нулю, т.е. в моменты переполнения этого счетчика.

Код N переписывается с выхода счетчика 23 в регистр 24 передним фронтом (переход от уровня логического

"0" к логической "1") импульса переполнения счетчика ?2, при этом длительность импульса переполнения рав1

-- и соответствует фаэовому сдвигу

180 между входными сигналами

Такой способ определения N обеспечивает возможность работы следящего фазометра при большей скорости изменения фазовых сдвигов, которая огра- З5 ничена только быстродействием применяемых счетчиков. Однако при таком определении N вблизи точек шкалы

Ф=2%И за счет несинхронного измерения К и

Первый вариант. „= Ь„= +0,0001, N=2, аИ= + 0,0001, откуда согласно (1) результат измерения Ф=720,036 . Грубая погрешность измерения отсутствует. 55

Второй вариант. „= + 0,0001, б„ =

= -0,0001, N=1, Ф=360,036 . В этом случае грубая погрешность измерения

1264102 4 равна . — 360, что совершенно недопустимо.

Третий вариант. 8„„ = — 0,0001, б„ =

= +0,0001, N=2, л N=0,9999, Ф=1079,964 .

Грубая погрешность измерения, равная""+360, недопустимо велика.

Четвертый вариант. о „= од =-0,0001

N=1, лИ=0,9999, Ф=719, 964, Грубая погрешность измерения отсутствует.

Анализируя вьппе рассмотренные варианты определения Ф можно предложить следующий способ коррекции грубых погрешностей, (возникающих во втором и третьем вариантах).

Если в один из каналов измерения целого числа фазовых циклов N внести дополнительный фазовый сдвиг л значение которого заведомо будет больше, чем суммарная максимально возможная погрешность а р, „ измерения ля и N, но меньше, чем 23Т (удобнее всего выбрать и P „„= 180, при этом для получения дополнительного фазового сдвига 180 достаточно только пропнвертировать сигнал). Б том случае, когда на выходе точного фазометра будет индицироваться малое знаI чение Ч>, т.е. такое, величина которого пе превышает а Р,,„(вариант 1 и 2), то нетрудно заметить, что результат определения Ф в первом варианте не изменится, а при определении результата измерения Ф, соответствующего второму варианту, грубая погрешность исчезнет.

Аналогично можно показать, что и в случае больших значений р на выходе точного фазометра (величина которых g >360 — (л Р, „) ), если в другои канал измерения целого числа фазовых циклов внести дополнительный фазовый сдвиг д р ) д р,„„„, то при определешш полного результата измерения Ф, соответствующего третьему варианту, грубая погрешность также .будет отсутствовать, а результат определения Ф, соответствующий четвертому варианту, останется неизменным.

Поскольку введение дополнительного фазового сдвига необходимо производить только в районе значений фазового сдвига Ф) л р„, „, то наиболее просто вышеприведенный принцип исключения грубых погрешностей можно реализовать, если вместо введения дополнительных фазовых сдвигов на входе блока 4 производить задержку во врегени на 1/2 f (что соот12641

S ветствует 180 ) моментов переписи кода N в соответствующие регистры па мяти.

В блоке 4 изменение фазового сдвига на -180 создается путем пере5 писи кода N co счетчика 23 в регистр

25 задним фронтом сигнала переполнения, что обеспечивается включением в цепь сигнала переполнения инвертора 29.

Увеличение фазового сдвига на

+ 180, что необходимо (в случае второго варианта) для получения правильного отсчета, моделируется прибавлением к полученному в счетчике

23 коду N единицы с помощью сумматора

27 (что соответствует +360 ) и записи полученного кода в регистр 26 задним фронтом сигнала переполнения (что соответствует -180 ). Применение предлагаемого способа устраненйя грубых погрешностей позволяет полностью их исключить.

Таким образом, повышение точности измерения быстроизменяющихся фазовых сдвигов и расширение частотного диапазона следящего фазометра достигается за счет определения без потерь количества целых фазовых циклов при любых скоростях изменения фазовых сдвигов и возможностью применения прецйзионного.фаэометра для определения доли фазового цикла. .Следящий фазометр работает следующим образом. 35

До начала измерения в следящем фаэометре производятся начальные установки: фазометр 1 и блок 4 устанавливают в исходное состояние подключением ко входам установки нуля последних через кнопку !7, нулевого потенциала земляной шины 18. Исследуемые сигналы, полный фазовый сдвиг между которыми подлежит измерению, со входов 2 и 3 следящего фазометра поступают на входы измерителя 1 фазового сдвига и входы формирователей

7 и 8, преобразующих входные синусоидальные сигналы в сигналы прямоугольной формы, Блок 4 определяет число целых фазовых циклов N и после очередного отсчета N вырабатывает на выходе 20 переноса синхроимпульс, которым осуществляется запись кода доли фазового цикла 4 М> полученного на выходе измерителя 1, фазового сдвига в регистр 11. Старшие разряды кода DN с выхода ре02 е гистра 11 по<.тупают на дешифратор 13, вырабатыиак«н«ий управляющие сигналы, которые поступают на входы 14-16 блока 4 для выполнения корректировки результатов N, после чего задержанным налинии 21 задержки синхроимпульсов с выхода переноса 20 блока ocy v ществляется запись полученного значения N в регистр 9.

Блок счета целых циклов работает следующим образом, Перед началом измерения в блоке 4 сигналом со входа 19> поступающим на управляющие входы и-разрядных двоичных счетчиков 22 и 23, осуществляется начальная установка счетчиков — в счетчики 22 и 23 записывается код нуля или (в случае необходимости начала счета с произвольного числа целых фазовых циклов) счетчик 22 устанавливаются в "0", а в счетчик 23 записывается любой код от 0 до 2", Счетчики 22 и 23 осуществляют счет целых циклов входных сигналов следящего фазометра по передним фронтам сигналов на входах 5 и 6 блока 4. Полученные в момент установки счетчика

2? в нуль очередным счетным импульсом коды счетчика 23 переписываются в регистры 24 и 25, в то время как в регистр 26 переписывается выходной код сумматора 27, выполняющего суммирование кода счетчика ?3 и кода едининицы. При этом запись информации в регистр 24 осуществляется передним фронтом импульса переноса счетчика

22, а в регистры 25 и 26 с учетом инвертирования в инверторе 29 — задним фронтом того же импульса ° Получа-. емые в регистрах 24-26 коды могут отличаться на +1.

Таким образом, введение в следящий фазометр новые элементы и их соединения позволяют определить результат измерения полного фазового сдвига по полученным независимо один от другого отсчета М и аИ> что обуславливает возможность применения для измерения доли фазового цикла прецизионного фазометра, работающего в широком диапазоне частот, и блока счета целых циклов, обеспечивающего максимально высокую для выбранной элементной базы скорость счета целых фазовых циклов. Это позволяет по сравнению с прототипом повысить в 510 раз точность измерения фазовых сдвигов при более чем в два раза

1264102 большей допустимой скорости изменения фазовых сдвигов в широком диапа зоне частот входных сигналов.

Формула изобретения

1. Следящий фазометр, содержащий два формирователя, входы которых являются входами фазометра, блок счета целых циклов, подключенный информационными входами к выходам формирователей, два регистра, выходы которых являются выходами следящего фазометра, информационные входы первого регистра соединены с выходами

15 блока счета целых циклов, линию задержки, выход которой соединен с син хровходом первого регистра, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения быстро20 изменяющихся фазовых сдвигов и расширения диапазона частот входных сигналов, в него введены измеритель,. фазового сдвига,.входы которого являются входами следящего фазометра, а .выходы соединены с входами второго регистра, дешифратор, входы которого соединены с выходами старших разрядов второго регистра, а выходы — с управляющими входами блока счета це30 лых циклов и кнопка установки нуля, первый контакт которой подключен к земляной шине, а второй - к входу начальной установки в нуль измерителя фазового сдвига и блока счета целых циклов, при этом выход переноса блока счета целых циклов подключен к входу линии задержки и синхровходу .второго регистра.

2. Фазометр по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что блок счета целых циклов содержит два счетчика, сумматор, три регистра с тремя устойчивыми состояниями и инвертор, причем информационные входы блока счета целых циклов подключены к счетным входам счетчиков, а вход начальной установки в нуль — к управляющим входам счетчиков, информационные выходы первого счетчика подключены к входам первого и второго регистров и первой группе входов сумматора, вторая группа входов которого подключена младшим разрядом к шине логической единицы, а остальными разрядами — к земляной шине, выходы сумматора соединеиы с входами третьего регистра, выход переноса второго счет" чика подключен к синхровходу первого регистра, выходу переноса блока счета целых циклов и входу инвертора, выход которого подключен к синхровходам второго и третьего регистров, выходы регистров подключены параллельно к выходам блока счета целых циклов, при.этом входы перевода регистров в третье устойчивое состояние подключены к управляющим входам блока счета целых циклов.

1264102

Составитель В. Шубин

Техред А.Кравчук

Редактор А. Ревин

Корректор С. Черни

Заказ 5556/45 Тираж 728

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул ° Проектная, 4