Цифровой фазометр

 

Изобретение относится к области радиоизмерительной техники и может быть использовано для построения цифровых фазометров с широким динамическим и частотным диапазоном исследуемых сигналов. Целью изобретения является повышение быстродействия и помехоустойчивости цифрового фазометра. Ьод ttai Для достижения этой цели в устройство дополнительно введены в каждом канале четыре стандартизатора импульсов , второй реверсивный счетчик, два дешифратора и триггер, а также общий для обоих каналов формирователь импульсных последовательностей. На чертеже показаны: идентичные каналы 1 и 2, формирующее устройство 3, блоки 4 и 5,привязки к экстремальным значениям сигнала, состоящие из элементов 6, 7 и 8, 9 совпадения, стан-:дартизаторы 10, 11 и 12, 13, реверсивные счетчики 14 и 15, дешифратооы 16 и 17, триггер 18, генератор 19 счетных импульсов, счетный триг (Л гер 20, формирователь 21 импульсных последовательностей, блок 22 времяI импульсного преобразования. Каждый стандартизатор включает в себя Dтриггер 23 и элемент И 24. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. ISD со 00 со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ1273831

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3283806/18-21 (22) 30.04.81 (46) 30.11.86. Бюл. 11 44 (72) А.С. Глинченко, З.В. Маграчев, В.И. Назаренко, П.И. Рябухин, Н.П. Сухоставцев, С.В. Чепурных и М.К. Чмых (53) 621.317.373(088.8) (Se) Авторское свидетельство СССР

Ф 573772, кл. G 01 R 25/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Р 311214, кл. G 01 R 25/00, 1971. (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР (57) Изобретение относится к области радиоиэмерительной техники и может быть использовано для построения цифровых фазометров с широким динамическим и частотным диапазоном исследуемых сигналов. Целью изобретения является повышение быстродействия и помехоустойчивости цифрового фазометра. сего 4 С 01 R 25/00 G 01 R 25/08

Для достижения этой цели в устройство дополнительно введены в каждом канале четыре стандартизатора импульсов, второй реверсивный счетчик, два дешифратора и триггер, а также общий для обоих каналов формирователь импульсных последовательностей. На чертеже показаны: идентичные каналы

1 и 2, формирующее устройство 3, блоки 4 и 5,привязки к экстремальным значениям сигнала, состоящие из элементов 6, 7 и 8, 9 совдадения, стан-. дартизаторы 10, 11 и 12, 13, реверсивные счетчики 14 и 15, дешифратооы 16 и 17, триггер 18, генератор

19 счетных импульсов, счетный триггер 20, формирователь 2 1 импульсных последовательностей, блок 22 время1 импульсного преобразования. Каждый стандартизатор включает в себя Dтриггер 23 и элемент И 24. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. .273831

Недостатком такого фаэометра является то, что при отсутствии ложных нулей импульсы привязки к максимальным значениям сигнала формируются через период сигнала, что снижает быстродействие фазометра, а также то, что при наличии ложных нуль переходов имеют место сбои триггеров управления и потеря работоспособносИзобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для построения цифровых фазометров с широким динамическим и частотным диапазоном исследуемых сигналов.

Известен цифровой фазометр с привязкой к экстремальным значениям сигнала, содержащий в каждом канале

1 взаимосвязанные счетчик, регистр памяти и блок сравнения кодов, триггер и формирующее устройство, выход которого подключен к входу счетчика и первому входу триггера, связанному вторым входом блока сравнения ко-!! !! дов, а выходом — с входом Запись регистра памяти, общие для обоих каналов генератор счетных импульсов и подключенный к нему время-импульсный преобразователь, включающий в себя последовательно соединенные времяэадающий делитель, связанный с входами начальной установки триггера и регистра памяти, электронный ключ, соединенный входами с выходами блоком сравнения кодов и регистрирующий счетчик.

Недостатком данного фазометра является ограничение быстродействия и точности измерения за счет уменьше ния числа усредняемых за время измерения фазовых интервалов.

Известен также цифровой фазометр, содержащий в каждом канале формирователи импульсов в моменты переходов исследуемых напряжений через нулевые значения (в дальнейшем — формирующие устройства) и устройства выделения моментов переходов исследуемых напряжений (сигналов) через максимальные значения, которые связаны с общими дляобоих каналов цепью пуска, генератором эталонной частоты и подключенным к нему времяимпульсным преобразователем, включающим в себя умножитель частоты, связанный с электронным ключом, соединенным с ре гистрирующим устройством. l0

25 30

SS ти и быстродействия цифрового фазометра.

Цель изобретения — повышение быстродействия и помехоустойчивости.

Эта цель достигается тем, что в цифровой фазометр, содержащий времяимпульсный преобразователь с подключенным к нему генератором счетных импульсов, счетный триггер и два идентичных канала, включающих в себя формирующее устройство, четыре элемента совпадений и реверсивный счетчик, введены в каждом канале четыре стандартизатора импульсов, второй реверсивный счетчик, два дешифратора и триггер, а также общий для обоих каналов формирователь импульсных последовательностей, который соединен входами с выходами последовательно включенных генератора счетных им— пульсов и счетного триггера, а первым выходом — с входами первого и третьего элементов совпадений, подключенных.вторыми входами соответственно к прямому и инверсному выходам формирующего устройства, а выходами — к входам соответствующих стандартизаторов импульсов, которые соединены вторыми входами с вторым выходом формирователя импульсных последовательностей, подключенного третьим выходом к входам второго и четвертого элементов совпадений, связанных ,вторыми входами соответственно с инверсным и прямым выходами формирующего устройства, а выходами — с входами соответствующих стандартизаторов импульсов, соединенных вторыми входами с четвертым выходом формирователя импульсных последовательностей, а выходами — с вторыми входами соответственно первого и второго реверсивных счетчиков, соединенных первыми входами с выходами первого и третьего стандартизаторов импульсов, а выходами — с входами дешифраторов, соединенных выходами с третьими входами второго и четвертого элементов совпадения и входами триггера, подключенного выходом к времяимпульсному преобразователю.

При этом стандартизатор импульсов выполнен в виде последовательно включенных D-триггера и элемента И, выход которого является выходом стандартизатора импульсов, а второй вход, соединенный с С-входом D-триггера, — вторым входом стандартизато1273831 ра импульсов, первым входом которого B e S-вход D òðèããåðà, D-вход которого подключен к уровню логического нуля.

На фиг. 1 приведена блок-схема 5 цифрового фазометра; на фиг. 2 блок-схема стандартиэатора импульсов; на фиг. 3, 4 и 5 — временные диаграм— мы сигналов.

Фаэометр содержит два идентичных канала 1, 2, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные формирующее устройство 3, первый и второй блоки 4, 5 привязки к экстремальным значениям с сигнала, состо-15 ящим из элементов 6, 7 и 8, 9 совпадений, стандартизаторов 10, 11 и 12, 13 импульсов, реверсивных счетчиков

14 и 15 и дешифраторов 16 и 17, соединенных с триггером 18 общие для Ю обоих каналов и связанные с ними и друг с другом генератор 19 счетных импульсов, счетный триггер 20, формирователь 21 импульсных последовательностей и блок 22 времяимпульсного преобразования. Стандартизатор импульсов включает в себя последовательно соединенные D- òðèããåð 23 и элемент И 24.

Фазометр работает следуюшим об в 30 разом.

Исследуемые сигналы поступают на формирующие устройства 3 первого и второго каналов 1, 2 фазометра, которые преобразуют их в последователь- .д ность прямоугольных импульсов, фронты которых соответствуют переходам сигналов через нулевой уровень. На фиг. 3 показаны временные диаграммы сигналов для случая достаточно 40 больших отношений сигнал-шум, когда отсутствуют ложные нуль-переходы за счет широкополосных шумов. В блоках

4, 5 привязки к экстремальным значениям сигнала обоих каналов форми- 45 руются импульсы (фиг. 3 в, е), привязанные отрицательными фронтами к серединам положительных (в блоке 5) и отрицательных (в блоке 4) полуволн сигнала, что соответствует по време- 50 ни (без учета запаздывания в формирующих устройствах) экстремальным значениям гармонического сигнала.

Привязка осуществляется путем цифрового интегрирования полуволн сформированного сигнала с различно постоянной времени, определяемой частотой счетных импульсов (фиг. 3 б, д) . При этом во время действия положительной полуволны сигнала реверсивный счетчик 14 работает в режиме суммирования, а реверсивный счетчик 15 — в режиме вычитания, во время действия отрицательной полуволны сигнала режимы работы ревер— сивных счетчиков меняются на обратные. В режиме суммирования на входы реверсивных счетчиков 14, 15 через элементы 6, 8 совпадений и стандартизаторы 10, 12 поступают импульсы с формирователя 2 1 импульсных последовательностей с частотой следования I „ /2, в режиме вычитания через элементы 7, 9 совпадений и стандартизаторы 11, 13 импульсов поступают импульсы вдвое большей частоты следования (фиг. 5). Момент привязки регистрируется по отрицательному фронту импульса на выходе дешифратора (фиг. 3 в, е), когда текущий код реверсивного счетчика (фиг. 3 б, д) в режиме вычитания принимает нулевое значение, которое поддерживается до окончания действия отрицательной полуволны сигнала путем запирания второго и четвертого элементов 7, 9 совпадений выходным напряжением соответствующего дешифратора 16, 17.

Импульсы привязки поступают на входы триггера 18, формирующего прямоугольные импульсы (фиг. 3 ж) длительностью, равной половине периода сигнала, и сдвинутые относительно его о на 90 в обоих каналах (при строгой симметрии выходных сигналов формирующего устройства 3, при наличии ассимметрии момент привязки имеет систематическое смещение, компенсируемое путем двухполупериодной обработки в блоке 22 времяимпульсного преобразования. Сигналы с выходов триггеров обоих каналов, а также последовательность счетных импульсов с выхода генератора 19 поступает на входы блока 23 времяимпульсного преобразования, где осуществляется формирование временных интервалов, пропорциональных измеряемой разности фаз сигналов, их кодирование и регистрация.

Использование информации об обоих экстремальных значениях сигнала в каждом периоде повышает быстродействие, а также точность измерения за счет увеличения в 4 раза числа усредняемых интервалов sa то же время изМерения (в фаэометрах с усреднение f).

831

15

S 1273

На фиг. 4 показаны временные диаграммы работы фазометра с учетом широкополосных шумов, приводящих к многократным пересечениям нулевого уровня (фиг. 4 а, г). Блоки привязки к экстремальным значениям сигнала в

5 этом случае осуществляют интегрирование по длительности выбросов и пауз сформированной смеси сигнала и шума (фиг. 4 б. д). При этом в области нуль-переходов чистого сигнала, где выбросы и паузы соизмеримы по длительности, во время действия пауз также оказываются возможными считывания кодов реверсивных счетчиков

14, 15 до нулевого значения (в области. положительных нуль-переходов для реверсивного счетчика 14 и в области отрицательных нуль-переходов для реверсивного счетчика 15), что соответствует формированию на выходах дешифраторов 16, 17 ложных импульсов привязки (фиг. 4 в, е).

° Однако в дальнейшем по мере интегрирования длительности выбросов текущий код реверсивных счетчиков (фиг. 4 б. д) возрастает, достигая некоторого максимального значения в области отрицательных нуль-переходов (для реверсивного счетчика 14) и положительных нуль-переходов (для реверсивного счетчика 15). Далее йреобладающими становятся длительности пауз, вызывающие уменьшение кода реверсивных счетчиков со скоростью, примерно в 2 раза большей, чем при

его нарастании (во время действия положительной полуволны сигнала на соответствующем выходе формирующего устройства). В момент достижения кодом нулевого значения на выходе дешифратора формируется импульс привязки, совпадающий по отрицательному фронту с точностью, определяемой шумами, с соответствующим экстремальным значением сигнала. Сформирован45 ные таким образом импульсы привязки (4 в, е) определяют состояние триггера 18, в то время как ложные импульсы привязки, отстающие относительно их по времени, лишь подтверждают эти состояния, не оказывая влияния на работу устройства. В результате на выходе триггера 18 и каждом канале так же, как и в случае чистого сигнала, формируются прямоуголь-55 ные импульсы длительностью, равной половине периода сигнала без ложных нулей (фиг, 4 ж).

Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется интегральная оценка временного положения экстремумов сигнала путем анализа соотношения усредненных значений времени пребывания смеси сигнала и шума выше и ниже нулевого уровня в каждом периоде сигнала, что и предопределя-, ет его повышенную помехоустойчивость.

Она определяется такими соотношениями сигнал-шум, при которых возможны ложные срабатывания и пропуски сигнала.

При квантовании полуволн сигнала на выходах элементов совпадений 6-9 возможно появление не стандартных по длительности счетных импульсов (при совпадении с фронтами квантуемых полуволн сигнала) и воздействующих беэ какой-вибо паузы на входы суммирования и вычитания реверсивных счетчиков. Кроме того, при наличии шумов возможно дробление счетных импульсов.

Все это приводит к сбоям реверсивных счетчиков и снижению точности и помехоустойчивости фазометра. Для исключения этого явления используются формирователь 21 импульсных последовательностей и стандартизаторы 1013 импульсов, реализуемые, например, в соответствии с блок-схемой по фиг. 2.

Формирователь 21 импульсных последовательностей формирует две пары задержанных относительно друг друга последовательностей импульсов с частотой 1,„ и Г „ /2 квантующую и син" хронизирующую. Импульсы квантующей последовательности поступают на входы элементов 6-9 совпадений, соединенных выходами с S-входами D-триггеров 23, а импульсы синхронизирующей последовательности — на С-входы Dтриггеров 23 и вторые входы элементов И 24, соединенных первыми входами с выходами D-триггеров. В результате на выходах элементов И 24 присутствуют стандартные по длительности счетные импульсы, соответствующие каждому срабатыванию D-триггеров 23, причем импульсы на входах суммирования и вычитания реверсивных счетчиков всегда разнесены во времени, что исключает потери информации и возможности сбоя реверсивных счетчиков, в том числе и за счет дробления импульсов при квантовании.

Таким образом, введение указанных элементов и связей позволяет повысить быстродействие и помехоустойчивость цифровых фазометров к внутренним и внешним широкополосным шумам и, следовательно, расширить динамический и частотный диапазон исследуемых сигна- лов.

1. Цифровой фазометр, содержащий времяимпульсный преобразователь с подключенным к нему генератором счетных импульсов, счетный триггер и два идентичных канала, включающих в себя формирующее устройство, четыре f5 элемента совпадений и реверсивный счетчик, отличающийся тем, что с целью повышения быстродействия и помехоустойчивости, в него введены в каждом канале четыре стандарти 0 затора импульсов, второй реверсивный счетчик, два дешифратора и триггер, а также общий для обоих каналов формирователь импульсных последовательностей, который соединен входами с выходами последовательно включенных генератора счетных импульсов и счетного триггера, а первым выходом — с

1 входами первого и третьего элементов совпадений, подключенных вторыми вхо-30 дами соответственно к прямому и инверсному выходам формирующего устройства, а выходами к входам соответствующих стандартизаторов импульсов, которые соединены вторыми вхо-!

Формула изобретения

1273831 8 дами с вторым выходом формирователя импульсных последовательностей, подключенного третьим выходом к входам второго и четвертого элементов совпа" дений, связанных вторыми входами соответственно с инверсным и прямым выходами формирующего устройства, а выходами — с входами соответствующих стандартизаторов импульсов сЬединенных вторыми входами с четвертым выходом формирователя импульсных последовательностей, а выходами — с вторыми входами соответственно первого и второго реверсивных счетчиков, I соединенных первыми входами с выходами первого и третьего стандартизаторов импульсов, а выходами — с входами дешифраторов, соединенных выходами с третьими входами второго и четвертого элементов совпадений и входами триггера, подключенного выходом к времяимпульсному преобразователю.

2. Фазометр по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что стандартизатор импульсов выполнен в виде последовательно включенных П-триггера и элемента И, при этом S-вход П-триггера и соединенные друг с другом

С-вход и .второй вход элемента И являются соответственно первым и вторым входами стандартизатора импульсов, выходом которого является выход элемента И, D-вход П-триггера соединен с уровнем логического нуля.

127383l

Ю г

Р

Р е

Составитель М. Катанова

ТехредМ.Ходаиич Корректор М. Пожо

Редактор Н. Швыдкая

Заказ 6471/42 Тирае 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 !