Цифровой фазометр с постоянным измерительным временем
1. ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР С ПОСТОЯННЫМ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ВРЕМЕНЕМ, содержащий преобразователь сдвига фаз в интервалы времени, N блоков квантования , счетчик с индикацией, элемент совпадений и последовательно соединенные генератор импульсов и времязадающий блок, соединенный выходом с первым входом элемента совпадений и с входом синхронизации преобразователя сдвига фаз в интервалы времени, который соединен выходами с первыми входами соответствую .щих блоков квантования, отличающийся тем, что, с целью по-, вышения точности измерения, в него введены формирователь импульсов привязки и К последовательно соединенных ступеней динамического суммирования , каждая из которых включает в себя Ш; одновходовых ячеек динамического суммирования, содержащих счетный триггер и И; двувходовых ячеек динамического суммирования, содержащих логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого является выходом ячейки, и две параллельные цепочки из последовательно соединенных счетного триггера иР -триггера, при этом выходы D -триггеров обеих цепочек соединены с входами логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а их синхровходы соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя импульсов привязки, соединенного входом с генератором импульсов через элемент совпадений, который i соединен с вторыми объединенными вхо (Л дами N блоков квантования, с выходами которых соединены входы ячеек динамического суммирования первой ступени, выход последней ступени динамического суммирования соединен с входом счетчика с индикацией. 2. Фазометр по п. 1, отличаю ю щ и и с я тем, что число ступеней а динамического суммирования К опресо деляется как fogjN +l при N 2 и о К Eog2N, при , число двувхосо СП довых ячеек динамического суммиров ния в. первой ступени равно .{ , а в 1-й ступени 1, ((. + + т-.;)/2, число одновходовых ячеек, в i -и ступени равно нулю при четном числе входов ступени и равно единице при нечетном числе входов ступени.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (50 4 G 01 R 25/00
Щ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCHOMV СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ
6 ч
° 4) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
rIO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3277271/18-21 (22) 21.04.81 (46) 07.11.86. Бюл. 11 - 41 (72) А.С. Глинченко, З.В. Маграчев, В.И. Назаренко, Н.П. Сухоставцев, П.И. Рябухйн, С.В. Чепурных и M.К. Чмых (53) 621;317.77 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
М 359608, кл. G 01 R 25/00, 1972.
2. Авторское свидетельство СССР
М 682844, кл. G 01 R 25/00, 1979. (54)(57) 1. ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР С ПОСТОЯННЫМ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ВРЕМЕНЕМ, содержащий преобразователь сдвига фаз в интервалы времени, Й блоков квантования, счетчик с индикацией, элемент совпадений и последовательно соединенные генератор импульсов и времязадающий блок, соединенный выходом с первым входом элемента совпадений и с входом синхронизации .преобразователя сдвига фаз в интервалы времени, который соединен выходами с первыми входами соответствую. щих блоков квантования, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью по-, вьппения точности измерения, в него введены формирователь импульсов привязки и К последовательно соединенных ступеней динамического суммирования, каждая из которых включает в себя tn; одновходовых ячеек динамического суммирования, содержащих, SU, 1269035 А1 счетный триггер и 3, двувходовых ячеек динамического суммирования, содержащих логический элемент ИСКЛЮ ЧА10ЩЕЕ ИЛИ, выход которого является выходом ячейки, и две параллельные цепочки из последовательно соединенных счетного триггера и D -триггера, при этом выходы D -триггеров обеих цепочек соединеньг с входами логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а их синхровходы соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя импульсов привязки, соединенного входом с генератором импульсов через элемент совпадений, который соединен с вторыми объединенными вхо. дами 11 блоков квантования, с выходами которых соединены входы ячеек динамического суммирования первой .ступени, выход последней ступени динамического суммирования соединен с входом счетчика с индикацией.
2. Фазометр по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что число ступеней динамического суммирования К определяется как 35og NJ+I при 8 Ф 2 и
К = (fog Nj, при К =2", число двувходовых ячеек динамического суммирования в. первой ступени равно К
=(N/23, а в - и ступени 7.; = j + ш;; ) /2), число одновходовых ячеек в i -й ступени равно нулю при четном числе входов ступени и равно единице при нечетном числе входов ступени. 12á9035 Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть исполь,зовано для построения вы< окоточных цифровых фазометров. Известен триггерный двухполупериодный цифровой фазоме1р с, время-импульсным преобразованием, содержащий в каждом канале формирователи импульсов привязки с подключенными к их выходами двумя элементами совпадений, соединенными выходами через элемент ИЛИ с общим для обоих каналов управляемым триггером, соединенным выходом с пятым элементом совпадений, который подключен выходом к входу счетчика, а вторым входом — к выходу шестого элемента совпадений, связанного с задающим генератором и времязадающим блоком, который через дифференцирующую цепочку и одновибратор связан с коммутирующим триггером, подключенным выходами к вторым входам первого — четвертого элементов совпадений. В данном фазометре используются I два цикла работы, равные половине вре-мени измерения. В первом цикле измеряется фазовый сдвиг по положительным нуль-переходам входного сигнала, во втором — по отрицательным. При этом квантование временных интервалов осуществляется одной квантующей последовательностью непосредственно от генератора счетных импульсов. Это позволяет уменьшить погрешность квантования и расширить верхнюю границу частотного диапазона фазометра Я . Однако при таком решении не обеспечивается полная компенсация погрешности за счет относительно быстрых уходов нулевой линии, соизмеримых с временем измерения. Дополнительная погрешность возникает также при коммутации режимов работы. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является триггерный цифровой фазометр содержащий последовательно соединенные формирующие устройства и триггеры — делители частоты первого и второго каналов с подключенными к каждому иэ них четырьмя устройствами переноса, которые соединены выходами с управляемыми триггерами. Эти элементы совместно с блоком синхронизации связанным одним входом с устройством переноса первого канала, а выходом — с триггером — делителем частаты второго канала, образуют преобразователь сдвига фаз в интервалы времени, к выходам которого подключены первыми входами электронные ключи, где осуществляется квантование фазовых интервалов неперекрывающимися во времени последовательностями счетных импульсов, которые формируются с помощью распределителя им 0 пульсов, выходы которого подключены к вторым входам электронных ключей (в дальнейшем называемых блоками квантования, связанных выходами через общий элемент ИЛИ и элемент совпадений со счетчиком с индикацией, вход распределителя импульсов соединен с выходом генератора импульсов, который связан также с входом времязадающего блока, соединенного выходом с вторыми входами устройства синхронизации и элемента совпадений. Дпя повышения точности измерения в данном фазометре формируется N фазовых интервалов (N = 4), соответ25 ствующих положительным и отрицательным нуль-переходам входных сигна: лов (2). Однако квантование этих интервалов осуществляется счетными импульсами с частотой следования fo /N где Š— частота генератора импульсов, что соответствует погрешности квантования в Й раз больше, чем при квантовании этих интервалов непосредст35 венно от генератора импульсов с частотой следования f . Но в этом слуо чае перекрывающиеся во времени квантующие последовательности не могут быть сведены в один канал через эле40 мент ИЛИ и подан на вход суммирующего счетчика. Особенно погрешность возрастает с увеличением числа одновременно квантуемых интервалов времени, например, в фазометрах с двумя 45 триггерами — делителями частоты в каждом канале или при наличии дополнительных интервалов коррекции, а также при формировании фазовых интервалов по разным уровням входных сиг50 налов. Цель изобретения — повьппение точности измерения цифровых фазометров за счет уменьшения погрешности квантования. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фазометр с постоянным измерительным временем, содержащий преобразователь сдвига фаз в интер1269035 динамического суммирования, каждая из которых включает в себя m одновходовых ячеек динамического- суммирования, содержащих счетный триггер и двувходовых ячеек динамического суммирования, содержащих логический элемент ИСКХПОЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого является выходом ячейки, и две параллельные цепочки из последовательно соединенных счетного триггера и D-триггера, при этом выходы D -триггеров обеих цепочек соединены с входами логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а их синхровходы соединенЫ соответственно с первым и вторым .,выходами формирователя импульсов привязки, соединенного входом с гене- 3 ,ратором импульсов через элемент сов падений, который соединен с вторыми объединенными входами 1 блоков квантования, с выходами которых соединены входы ячеек динамического сум-З мирования первой ступени, выход последней ступени динамического суммирования соединен с входом счетчика с индикацией, а также тем, что число ступеней динамического суммирования gp К определяется как LLog N)+1, при ИФ 2 и К = (Fog Nj, при N=2, число двувходовых ячеек динамического суммирования в первой ступени равно 3, = (И/2.1, а в i-й ступени ; = 45 = ((t,;, + m;,) /21, число одновходовых ячеек в 1 -й ступени равно нулю при четном числе входов ступени и равно единице при нечетном числе входов сту. пени. 50 На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового фазометра; на фиг.2 - временные диаграммы сигналов. Фазометр содержит последовательно соединенные преобразователь 1 сдвига фаз в интервале времени, Й блоков 2, 17-20 квантования, k ступеней 3, 21-23 динамическогб суммирования, 5 Фазометр работает следующим образом. Входные гармонические сигналы 1 в блоке преобразования сдвига фаэ в интервалы времени преобразуются в временных последовательностей импульсов с длительностью, пропорциоО нальнои измеряемому сдвигу фаз, которые поступают на первые входы блоков 2, 17-.20 квантования. На вторые входы этих блоков через элемент 7 совпадений, открытый в течение изме5 рительного времени, задаваемого времязадающим блоком 6, поступают квантуемые импульсы с выхода генератора 5 с частотой следования 1 . Образующиеся на выходах блоков 2, 17-20 квантования пачки счетных импульсов поступают на первую иэ К последовательно соединенных ступеней 3, 21-23, динамического суммирования обеспечивающих их раздельную регистрацию на перекрывающихся участках временных о ьйтервалов с помощью общего суммирующего счетчика 4 с ийдикацией. Работа узла динамического суммирования иллюстрируется временными диаграммами сигналов для одной из двувходовых ячеек его первой ступени (фиг.2 . В каждой такой ячейке осуг ствляются валы времени, М блоков квантования, счетчик с индикацией, элемент совпадений и последовательно соединенные генератор импульсов и времязадающий блок, соединенный выходом с первым входом элемента совпадений и с входом синхронизации преобразователя сдвига фаз в интервалы времени, который соединен выходами с первыми входами соответствующих блоков квантования, дополнительно введены формирователь импульсов привязки и К последовательно соединенных ступеней счетчик 4.с индикацией, а также последовательно соединенные генератор 5 импульсов, времяэадающий блок 6, связанный с преобразователем 1 сдвига фаэ в интервалы времени и элемент 7 совпадений, соединенный с блоками 2 квантования, гененатором 5 импульсов и формирователем 8 импульсов привязки, при этом каждая из ступеней 3 динамического суммирования включаеч в себя tn; одновитковых ячеек 9 динамического суммирования, содержащих счетный триггер 10 и 1; двувходовых ячеек 11 динамического суммирования, содержащих две цепочки из последовательно соединенных счетных триггеров 12 и 14 и Р -триггеров 13 и 15 и связанный с ними логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, выход которого является выходом ячейки, синхровходы 2 -триггеров соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя 6 импульсов привязки. деление частоты и привязка входных (в общем случае перекрывающихся во времени) импульсных последовательностей с выходов соответствующих бло / ков квантования или предыдущих ступеней к йеперекрывающимся во време1269035 ни непрерывным последовательностям импульсов с первого и второго выходов формирователя 8 импульсов привязки, который связан по входу с выходом генератора 5 импульсов через элемент 7 совпадений. Образующиеся при этом на выходах 3 -триггеров 13 и 15 сдвинутые во времени импульсные последовательности объединяются логическим элементов ИСКЛЮЧШЩЕЕ ИЛИ 1О 16. Количество импульсов на выходе этого элемента за определенный промежуток времени точно равно полусумме числа импульсов на входах ячеек ни, представляющей собой двувходовую ячейку динамического суммирования, формируется одна последовательность счетных импульсов, которая регистри20 руется общим для всех каналов суммирующим счетчиком с индикацИей. В блоке динамического суммирования происходит предварительное деление частоты импульсов с выходсв блоков 2 квантования с помощью триггеров 12, 14 и 10, привязка их к одной из двух последовательностей импупьсов с выхода формирователя импульсов привязки, сдвинутых относительно друг друга на полпериода частоты 1, {практически это буферный каскад генератора с прямым и инверсным выходом), ( и объединение с помощью элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16. Однако это деление 30 частоты не влияет на погрешность квантования, так как она возникает ранее в блоках квантования и определяется частотой 1 После окончания измерения на од-. ном периоде входного сигнала измерительная информация не теряется и остается в измерительной системе в виде состояния триггеров ячеек динамического суммирования. При измерении сдвига фаэ в последующих периодах входного сигнала эта информация используется, и погрешность из-за дединамического суммирования. В резуль- 15 тате на выходе последней К -й ступеления частоты счетными триггерами не возникает. На момент окончания измерительного времени в счетных триггерах 12, 14 и 10 всех ступеней динамического. суммирования остается какая-то часть измерительной информации, которая не регистрируется индикатором прибора, так как индицируемым является только счетчик 4. Эта информация отбрасывается, однако ее вес незначителен и практически это не приводит к увеличению погрешности. Значение измерительной информации, остающейся в блоке динамического суммирования, и соответствующее ей число импульсов с выходов блока квантования определяются логическими уровнями на выходах элементов ИСКЛЮЧАЮ01ЕЕ ИЛИ 16 двувходовых ячеек динамического суммирования и выходах триггеров 10 одновходовых ячеек всех ступеней динамического суммирования. Число ступеней динамического суммирования при И = 2 определяется Kaz 1(= (fog = (fog N)+I, где (7og Nj — целая часть числа, заключенного в скобках. Число двувходовых ячеек динамического суммирования в первой ступени равно =(N/2j, а одновходовых m, равно либо нулю при четных N, либо единице при нечетных N. Для промежуточных ступеней В; = = ((E;,+ m;,)/21, а m; =0 при четных значениях ((t;, Так, для N =4 k =2, Г;-2, ml =0 Е=1 ==О. г Таким образом, введение новых элементов и связей позволяет повысить 3 точность измерения за счет возможности повышения частоты квантования временных интервалов. По сравнению с известным устройством частота квантования временных интервалов возрастает в 4 раза, что соответствует уменьшению погрешности квантования в 4 раза. l 269035 Составитель Л. Прохорова Техред Л. Сердюкова Корректор Е. Рошко Редактор О. Головач Подписное Тираж 728 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 6029/46 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
