Цифровой фазометр

 

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано для измерения разности фаз непрерывных сигналов. Введение в цифровой фазометр (ЦФ) элементов ИЛИ 5,6, 22,31,32, триггеров 12,16,23, элементов И 17-19, 21,29,30, ключей 9,11, источника 10 опорного напряжения, компараторов 13, 15, 26, 27, интеграторов 14, 24, инвертора 28, реверсивных счетчиков 33, 34 и блока 3 управления повышает точность измерения раяности фаз прерывных сигналов за. счет увеличения разрешающей способности ЦФ. В описании изобретения дана электрическая схема блока управления . 1 з.п.ф-лы, 1 ил. ., (Л со о 00 со со СП

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (51)4 G 01 R 25 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ

Фиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3983947/24-21 (22) 02. 12. 85 (46) 07.05,87. Бюл, У ) 7 (72) А.Л. Есин, И, П. Глаголев и В.Д. Фатеев (53) 621.317.77(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

))- )091091, кл. G 01 R 25/00, 1982.

Смирнов П,Г, Цифровые фазометры.—

Л.: Энергия, 1974, с.33, (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР (57) Изобретение относится к области электроники и может быть использовано для измерения разности фаз непрерывных сигналов. Введение в цифровой фазометр (ЦФ) элементов ИЛИ 5,6, 22,31,32, триггеров 12,16,23, элемен. тов И 17-)9, 21,29,30, ключей 9,11, источника 10 опорного напряжения, компараторов 13 15, 26, 27, интеграторов 14, 24, инвертора 28, реверсивных счетчиков 33, 34 и блока 3 управления повышает точность измерения разности фаз прерывных сигналов за счет увеличения разрешающей способности ЦФ. В описании изобретения дана электрическая схема блока управления. 1 з,п.ф-лы, 1 ил, 1 13089

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения разности фаз непрерывных сигналов.

Цель изобретения — повышение точности измерения разности фаз прерывных сигналов за счет увеличения pasрешающей способности цифрового фазометра.

На фиг,1 и 2 изображены структурные схемы цифрового фазометра и блока управления соответственно, Фазометр состоит из первого формирователя 1 импульсов, второго формирователя 2 импульсов, на вход которого поступает измерительный сигнал, блока 3 управления, первого 4 триггера, первого 5 и второго 6 элементов ИЛИ, первого элемента И 7, генератора 8, первого ключа 9, источника 10 опорного напряжения, второго ключа 11, третьего триггера 12, первого компаратора 13, первого Фтегратора 14, второго компаратора 15, второго триггера 16, второго 17, третьего 18 и четвертого 19 элементов И, счетчика 20 (счетчик числа усредняемых временных интервалов),, пятого элемента И 21, третьего элемента ИЛИ 22, четвертого триггера 23, второго интегратоора 24, третьего 25, четвертого 26 и пятого 27 компарато" ров, инвертора 28, шестого 29 и седьмого 30 элементов И, четвертого 31 и пятого 32 элементов ИЛИ, первого 33

5 и второго 34 реверсивных счетчиков, Блок 3 управления состоит из восьмого 35 и седьмого 36 элементов И, пятого 37, шестого 38 и седьмого 39 40 триггеров, При этом сигнальные входы цифрового фазометра через первый и второй формирователи 1 и 2 соединены с соответствующими входами блока 3 управ- 45 ления, третий вход которого через триггер 4 соединен с входом "Пуск" устройства, четвертый вход блока 3 управления соединен с входом первого элемента И 7, генератором 8, счетным триггером 12 и первым входом пятого элемента И 21, Первый выход блока 3 управления соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 5, второй выход — с первым входом второго элемента ИЛИ 6 и S входом второго триггера 16, а третий выход блока 3 управления соединен с вторым входом первого элемента И 7, 35 2

Источник 10 опорного напряжения соединен с входами первого и второго ключей 9 и 11 соответственно, выходы которых объединены и соединены с входом первого интегратора 14 выход ко орого соединен с входами первого, второго, третьего, четвертого и пятого компараторов 13, 15, 25, 26 и

27, Входы первого и второго ключей

9 и 11 соединены с выходами первого и второго элементов ИЛИ 5 и 6, а выход первого компаратора 13 через второй элемент И 17 соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ 6 и первым входом пятого элемента ИЛИ

32, выход второго компаратора 15 че" рез третий элемент И 18 соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ

5 и первым входом четвертого элемен" та ИЛИ 31. Выходы третьего и второго триггеров 12 и 16 соединены соответственно с входами четвертого элемента И 19 выход которого соединен с R-входом триггера 16, входом счетчика 20 и вторыми входами второго и третьего элементов И 17 и 18, выход счетчика 20 соединен с R-входом пер/ вого триггера 4 и S-входом четвертого триггера 23, выход которого соединен с вторым входом пятого элемента И 21, выход которого соединен с входом второго интегратора 24 и вторыми входами шестого и седьмого элементов И 29 и 30, выходы которых соответственно соединены с входами первого реверсивного счетчика 33, выход переполнения которого соединен через четвертый элемент ИЛИ 31 с первым входом второго реверсивного счетчика 34, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента

ИЛИ 32, информационные выходы реверсивных счетчиков 33 и 34 являются выходами устройства, Выход третьего компаратора 25 непосредственно соединен с первым входом седьмого и через инвертор 28 с входом шестого элементов И 29 и 30, Выходы четвертого и пятого компараторов 26 и 27 соответственно соединены с вторым и третьим входами третьего элемента ИЛИ 22, первый вход которого соединен с входом " Пуск" устройства, а выход — с R"âõîäîì четвертого триггера 23, Цифровой фазометр работает следующим образом, :130893

Измерение разности фаз производится по К периодам входных сигналов, Формирователи и 2 формируют последовательности коротких импульсов по положительным переходам через нуль входных сигналов, которые поступают на первый и второй входы блока 3 управления.

По сигналу "Пуск" триггер 4 устанавливается в состояние "1" и выдает !О разрешение блоку 3 управления, при этом в блоке 3 открываются элементы

И 35 и И 36 и импульсы с выхода формирователей 1 и 2 поступают на входы триггеров 37 — 39. Импульс с форми- !5 рователя устанавливает в состояние

"1" триггеры 37 и 39, после этого импульс с генератора 8 (вход блока 3) возвращает триггер 37 в исходное состояние ° Импульс с формирователя 2 20 устанавливает в состояние "1" триггер 38 и одновременно возвращает в исходное состояние триггер 39, после этого импульс с генератора 8 возвращает триггер 38 в исходное состояние. 25

Таким образом, на первом, втором и третьем выходах блока 3 управления формируются импульсы временных интервалов с, с и ь с, — временной интервал между пе- 30 редними фронтами импульса формирователя l и ближайшего импульса генератора 8, представляющий положительную погрешность квантования; 35

0z — временной интервал между передними фронтами импульса формирователя 2 и ближайшего импульса генератора 8, представляющий отрицательную по- 40 грешность квантования; . > — временной интервал, пропорциональный разности фаз входных сигналов, между передними фронтами импульсов форми- 45 рователей 1 и 2, Импульс о, открывает ключ 9 и интегратор 14 производит интегрирование напряжения источника 10 с положительным знаком. Импульс с открывает ключ 11 на время, и интегратор 14 производит интегрирование напряжения источника 10 с отрицательл ным знаком. Импульс открывает элемент И 7 на время ьэ, и на выход сложения реверсивного счетчика 34 поступают пачки импульсов генератора 8.

5 4

Триггер 12, осуществляя деление частоты генератора 8, формирует на выходе последовательность импульсов, длительность которых равна периоду импульсов генератора 8. Задним фронтом импульса триггер 16 устанавливается в состояние "1", открывается элемент И 19, и импульс длительностью, равной периоду импульсов генератора 8, поступает на вход счетчика 20, увеличивая его содержимое на единицу, и одновременно опрашивает состояние компараторов !3 и 15 на входах элементов И 17 и 18, а задним его фронтом возвращает триггер

16 в исходное состояние, Таким образом, происходит измерение разности фаз за один период входных сигналов, С формированием блоком 3 управления следующих импульсо* с,, (, и с, за К периодов входных сигналов к содержимому реверсивного счетчика 34 добавляются очередные пачки импульсов с выхода элемента И 7, счетчик 20 осуществляет подсчет количества усредняемых значений разности фаз входных сигналов, а на выходе интегратора 14 изменяется напряжение с учетом суммарной погрешности измерения временных интервалов с, и о, Как только величина выходного напряжения интегратора

l4 достигает уровня, соответствующего периоду импульсов квантуюшего генератора 8, срабатывает в зависимости от знака выходного напряжения один из компараторов 13 или 15. Если выходное напряжение интегратора

14 достигло положительного уровня, соответствующего периоду импульсов генератора 8, срабатывает компаратор

l3 и импульс с выхода элемента И 17 поступает на вход сложения реверсивного счетчика и одновременно обнуляет интегратор 14, открывая ключ 11.

Аналогично работает фазометр при достижении выходным напряжением интегратора 14 отрицательного уровня. При этом импульс с выхода элемента И 18 поступает на вход вычитания реверсивного счетчика 34 и, открывая ключ 9, обнуляет интегратор 14, В конце основного цикла измерения импульс переполнения с выхода счетчика 20 устанавливает триггер 4 в исходное состояние, а триггер 23 — в состояние "1".

5 13089

Установкой триггера 23 в состояние "1" начинается вспомогательный цикл. измерения и преобразования в код остаточного напряжения на выходе интегратора 14 (U ), величина которо- 5 го определяет погрешность квантования основного цикла измерения.

Триггер 23 и элемент И 21 представляют собой времяимпульсный преобразователь, количество импульсов ге- lO нератора 8 на выходе элемента И 21 пропорционально напряжению U, что осуществляется с помощью интегратора

24 и компараторов 26 и 27, Интегратор 24 представляет собой 15 простое интегрирующее RS-звено с временем интегрирования = 10 мс, величина выходного напряжения которого пропорциональна количеству импульсов на его входе, Напряжение U o, 20 ост не превышающее величины, при которой срабатывает компаратор 13 и 15, поступает на входы компараторов 25 — 27.

Компаратор 25 вырабатывает признак знака напряжения U, срабатывает, 25 если U > О, и в зависимости от знака напряжения U открывает элемент

H 29 (при Б «О) или элемент И 30 (Uz О). Импульсы генератора 8 с выхода элемента И 21 поступают на вы- 30 читающий или суммирующий входы реверсивного счетчика 33, формируя код, пропорциональный напряжению Б

При U,,)О срабатывает компаратор

26, а при U,,,, Π— кампаратор 27, в 35 моменты достижения положительным напряжением на выходе интегратора 24 величины, равной П, . Выходным импульсом компаратора 26 или 27 триггер 23 устанавливается в .исходное 40 состояние, что означает конец измерения, Младшие разряды кода цифрового фазометра составляют код реверсивного счетчика 33, а старшие разряды — 45 .реверсивного счетчика 34, согласование младших и старших разрядов осушествляется с помощью импульса отрицательного переполнения счетчика 33, Таким образом, по сравнению с из- 50 вестным предлагаемое устройство име9 ет в 2 раза меньшую дискретность выходной информации, Формула изобретения 55

1. Цифровой фазометр, содержащий первый и второй формирователи импульсов, входы которых соединены ветственно с клеммами опорного и измерительного сигналов, генератор, выход которого подключен к одному из входов первого элемента И, первьф триггер, один из входов которого соединен с клеммой "Пуск", а другой вход соединен с входом счетчика, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения фазового сдвига сигналов, в него введены пять элементов ИЛИ,.три триггера, шесть элементов И, два ключа, источник опорного напряжения, пять компараторов, два интегратора, инвертор, два реверсивных счетчика, блок управления, первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с,выходами первого и второго формирователей импульсов, первого триггера и генератора, первый, второй и третий выходы блока управления подключены соответственно к первому входу первого элемента ИЛИ, первым входам второго элемента ИЛИ и второго триггера и к второму входу первого элемента И, выходы первого и второго элементов ИЛИ подключены соответственно к управляющим входам первого и второго ключей, а сигнальные входы последних соединены соответственно с первым и вторым. выходами источника опорного напряжения, выходы первого и второго ключей через первый интегратор подключены к входам первого, Второго, третьего, четвертого и пятого компараторов, выходы которых подключены соответственно к первому входу второго элемента

И, первому входу третьего элемента

И, первому входу седьмого элемента

И и через инвертор к первому входу шестого элемента И, к первому и второму входам третьего элемента ИЛИ, третий вход последнего соединен с клеммой "Пуск", а его выход подключен к первому входу четвертого триггера, второй вход последнего соеди-. нен с выходом счетчика, выход второго элемента И подключен соответственно к второму входу второго элемента ИЛИ и первому входу пятого элемента ИЛИ, выход третьего элемента

И подключен соответственно к второму входу первого элемента ИЛИ и первому входу четвертого элемента ИЛИ, второй выход последнего соединен с выходом переполнения первого реверсив13О

ых.1

Фйе.2

Составитель.В. Шубин

Редактор О, Юрковепкая Техред Л.Олейник Корректор А. Тяско

Подписное

Заказ 1794/37 Тираж 731

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 ного счетчика, вход третьего триггера и первый вход пятого элемента И соединен с выходом генератора, а их выхоДы подключены соответственно к первому входу четвертого элемента И, через второй интегратор к вторым входам четвертого и пятого компараторов и вторым входам шестого и седьмого элементов И, выходы последних подключены соответственно к входам первого реверсивного счетчика, второй вход пятого элемента ИЛИ соединен с выходом первого элемента И, а

его выход подключен к входу второго реверсивного счетчика, второй вход последнего соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ, выход четвертого триггера подключен к второму входу пятого элемента И, второй вход четвертого элемента И соединен с выходом второго триггера, а его выход подключен соответственно к вторым входам второго триггере, второго и

8935 8 третьего элементов И и к входу счетчика °

2. Фаэометр по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что блок управления содержит три триггера, два элемента И, при этом первый и второй входы блока управления подключены соответственно к первым входам вось10 мого и девятого элементов И, а вторые входы последних соединены .с третьим входом блока управления, выходы восьмого и девятого элементов

И подключены соответственно к первым входам пятого и седьмого триггеров и к первому и второму входам шестого и седьмого триггеров, вторые входы пятого и шестого триггеров соединены с четвертым входом блока управ20 ления, выходы пятого, шестого и седьмого триггеров подключены соответственно к первому, второму и третьему входам блока управления.