Следящий фазометр

 

Изобретение может быть использовано для измерения фазовых сдвигов, значительно превьшающих 360°, Цель изобретения - уменьшение времени измерения больших фазовых сдвигов при сохранении высокой точности измерений . Следящий фазометр содержит фазометр 1, блок 5 счета целых циклов, формирователи 8 и 9, переключатель - 10, блок 13 стыковки и регистр 16 памяти . Введение умножителя 4 частоты с коэффициентом 2 , предложенное выполнение блока 5 счета целевых циклов и блока 13 стыковки сокращает время определения количества целых фазовых циклов, содержащихся в полном фазовом сдвиге. Сокращение времени стало возможным благодаря обеспечению перекрытия результатов измерения фазометра 1 и блока 5 счета целых циклов и выполнению стыковки этих результатов арифметическим путем. Это позволило уменьшить время измерения полных фазовых сдвигов в 10-20 раз. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. с S (Л

СО1ОЗ СОВЕТСКИХ

СО!.!ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19> ® (Ill (59 4 G 1 R 25

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ списочник изоьгктения :-"","К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ф,,,„ - м (21) 4007122/24-21 (22) 14.01.86 (46) 23.06.87. Бюл. Р 23 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) С.М. Маевский, В.Г. Баженов, Ю.В. Куц и О.К. Негребецкая (53) 62!.317.373(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 10/9095, кл. G 01 R 25/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР

У 1264102, кл. G 01 R 25/00, 17.06.85. (54) СЛЕДЯЩИЙ ФАЗОМЕТР (57) Изобретение может быть использовано для измерения фазовых сдвигов, значительно превышающих 360 . Цель изобретения — уменьшение времени измерения больших фазовых сдвигов при сохранении высокой точности измерений. Следящий фаэометр содержит фазометр 1, блок 5 счета цельгх циклов, формирователи 8 и 9, переключатель .

10, блок 13 стыковки и регистр 16 памяти. Введение умножителя 4 частоты с коэффициентом 2, предложенное выМ полнение блока 5 счета целевых циклов и блока 13 стыковки сокращает время определения количества целых фазовых циклов, содержащихся в полном фазовом сдвиге. Сокращение времени стало возможным благодаря обеспечению перекрытия результатов измерения фазометра 1 и блока 5 счета целых циклов и выполнению стыковки этих результатов арифметическим путем. Это позволило уменьшить время измерения полных фазовых сдвигов в 10-20 раэ. 2 э.п. ф-лы, 3 ил.

1 13

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения фазовых сдвигов, значительно превышающих 360

Цель изобретения — уменьшение времени измерения больших фазовых сдвигов при сохранении высокой точности измерений.

На фиг. 1 приведена структурная схема следящего фазометра; на фиг.2 структурная схема блока счета целых циклов; на фиг. 3 — структурная схема блока стыковки.

Структурная схема следящего фаэометра (фиг. 1) содержит фазометр 1, входы которого соединены с входами

2 и 3 следящего фазометра, умножитель и частоты,,вход которого соединен с входом 3 следящего фазометра, блок 5 счета целых циклов (БСЦЦ),входы 6 и 7 которого соединены через формирователи 8 и 9 соответственно с входом 2 следящего фазометра и выхо1 дом умножителя 4, переключатель 10, осуществляющий переключение земляной шины 11 к входам начальной установки фазометра 1 и входам 12 начальной установки БСЦЦ 5, блок 13 стыковки (БС), первая группа входов 14 которого соединена с выходами К-старших разрядов фазометра 1, а вторая группа входов 15 — с выходами БСЦЦ 5, регистр 16 памяти, младшие разряды которого соединены с выходами фазометра 1, а старшие разряды — с выходами

БС 13, при этом синхровход регистра

16 соединен с выходом формирователя 8.

БСЦЦ 5 (фиг. 2) содержит два счетчика 17 и 18, причем счетчик 17 работает в режиме вычитания и соединен синхровходом с входом 6 БСЦЦ 5, а счетчик 18 работает в режиме суммирования и соединен синхровходом через линию 19 задержки с входом 7 БСЦЦ 5, при этом разрядность счетчика 18 на

К разрядов больше счетчика 17, входы установки нуля счетчиков 17 и 18 соединены с входом 12 начальной установки БСЦЦ 5, сумматор 20, первая группа входов которого соединена Кмладшими разрядами с земляной шиной

11, а старшими разрядами — к соответствующим выходам счетчика 17, вторая группа входов сумматора 20 соединена с выходами счетчика 18, регистр 21. памяти, информационные входы которого соединены с выходами сумматора 20, l 8927 2

55

45 а синхровход соединен с выходом Dтриггера 22, R-вход которого соединен с входом 6 БСЦЦ 5, С-вход — с входом 7 БСЦЦ 5, D-вход — с шиной 29 установки логической единицы.

БС 13 содерижт преобразователь 24 кода, входы которого соединены с входами 14 БС 13, сумматор 25, первая группа входов которого соединена

К-младшими разрядами с выходами преобразователя 24 кодов, а старшими разрядами — с шиной 29 логической единицы. Вторая группа входов сумматора 25 соединена с входами 15 БС 13, выходы сумматора 25 соединены с первой группой входов сумматора 26, в то время как вторая группа входов сумматора 26 подсоединена с (К-1)-м разрядом к шине 23 логической единицы, а остальными разрядами — к земляной шине 11.

Все блоки могут быть выполнены на микросхемах серии 155, например формирователи 8 и 9 могут быть выполнены на микросхемах 155ТЛ1, регистры

16 и 21- 155ИР13, сумматоры 20, 25 и 26 — 155ИИЗ, счетчики 17 и 18—

155ИЕ7, линии 19 задержки — 155ГА1, триггер 22 — 155 ТМ2, преобразователь

24 кода — 155РЕЗ. В качестве фазометра 1 могут быть использованы, например, серийно выпускаемые фазометры

Ф5126, обеспечивающие преобразование о измеряемого в пределах 0-360 фазового сдвига в цифровой код в диапазоне частот входных сигналов "1-150 МГц.

В качестве умножителя 4 частоты могут быть использованы умножители на основе систем фазовой автоподстройки частоты.

Устройство позволяет измерять с высокой точностью долю фазового цикла дН в пределах 0-23, независимо измерять с дискретом 2Ц/2, где К=4, К

5,6,... — значение полного фазового сдвига M и определить без потерь количество целых фазовых циклов Я по результатам выполнения стыковых значений eN u M. Результата измерения полного фазового сдвига Р между входными сигналами устройства определяется из выражения

V =2О(И+аН) =2Й((— „-ьИ+

+0,5) +aN, (1)

+ где(.) — операция нахождения целой части числа.

В предлагаемом устройстве время измерения больших фазовых сдвигов

3 13189 по сравнению с известным значительно уменьшено благодаря тому, что на выходе фазометра и БСЦЦ 5 результаты имеют общие разряды, т.е. перекрываются, что позволяет выполнить стыков- 5 ку результатов измерений арифметическим путем по формуле (1). При этом время выполнения стыковки не зависит от разрядности счетчиков в БСЦЦ 5, что имеет место в известном устройст- 1р ве, а определяется только быстродействием используемой элементной базы.

Следящий фазометр (фиг.1) работает следующим образом. До начала измерения происходит начальная установка фазометра 1 и БСЦЦ 5 в исходное состояние с помощью переключателя 10.

Исследуемые сигналы, полный фазовый сдвиг между которыми подлежит измерению, с входов 2 и 3 следящего фазо- 20 метра 1 поступают на входы формирователей 8 и 9, а также на входы фазометра 1, причем на формирователь 8 поступает сигнал непосредственно с входам 2, а на формирователь 9 — сиг- 25 нал с входа 3, прошедший предварительно через умножитель 4 частоты с

К коэффициентом умножения 2 . Формирователи 8 и 9 вырабатывают короткие импульсы в моменты времени, соответ- 3О ствующие нуль-переходам входных сиг— налов. Таким образом, на вход 6 БСЦЦ

5 поступает по одному импульсу за период сигнала на входе 2, а на вход

7 — по 2" импульсов за период сигнала на входе 3 следящего фазометра.

БСЦЦ 5 определяет количество М долей фазового цикла, равных 2 /2, содержащих в полном сдвиге Р между сигналами на входах 2 и 3 устройства, т.е.4р выполняет грубое измерение фазового сдвига Р. Полученный на выходе БСЦЦ

5 код, а также код старших К-разрядов с выхода фазометра 1 поступают на входы БС 13, который формирует на 45 своем выходе коды числа N в соответствии с выражением (1). Значения N и 6,N, полученные соответственно на выходах БСЦЦ 5 и фазометра 1, передним фронтом импульса с выхода форми- 5О рователя 8 переписываются в регистр 16.

БСЦЦ 5 (фиг. 2) работает следующим образом. Перед началом работы происходит начальная установка счет- 55 чиков 17 и 18 импульсов сигналом, поступающим с входа 12 начальной установки. Разрядности счетчиков 17 и

27 4

18 выбраны равными соответственно и и n+k. Счетчик 17 работает в режиме суммирования, при этом его выходы подключены к старшим и разрядам первой гоуппы сумматора 20. Происходит умножение числа пришедших на счетчик

17 импульсов на коэффициент 2 . Счетк чик 18 работает в режиме вычитания, поэтому количество пришедших в счетчик 18 импульсов представляется отрицательным числом в дополнительном коде. При этом за период следования сигнала на входе 3 следящего фазометра благодаря введению в него умножителя 4 на вход счетчика 18 поступает

2 импульсов, т.е. счетчик 18 выполК

К няет счет долями 2д/2 . Выходной код счетчика 18 поступает на вторую группу входов, сумматора 20, который формирует на выходе код M. Полученное значение М запоминается в регистре 21 передним фронтом импульса, поступающим на синхровход с выхода П-триггера 22. При этом триггер 22 устанавливается в 0 каждым импульсом с входа 6 БСЦЦ 5 и устанавливается в 1 каждым следующим импульсом с входа 7.

С целью исключения возможности считывания в регистр 21 информации с выхода сумматора 20 в момент прихода очередного импульса на вход 7 БСЦЦ 5 между входом 7 и счетным входом .счетчика 18 включена линия 19 задержки.

БС 13 (фиг. 3) обеспечивает определение N, согласованного с измеренным значением к!1. Значение N опреде,ляется в соответствии с выражением (1) по измеренным значениям кь! и М.

Таким образом, выполнение стыковки результатов измерений к!1 арифметическим путем исключает возможность возникновения грубой погрешности измерения. При этом время, необходимое на выполнение стыковки, не зависит от диапазона измеряемых значений Р и определяется только быстродействием используемой элементной базы.

БС 13 работает следующим образом.

Код ьИ с входов 14 устройства поступает не преобразователь 24 кода,.который выполняет преобразование прямого кода числа а!1 в дополнительный код числа — А!1. Последний поступает на первую группу входов сумматора 25.

На вторую группу входов этого сумматора поступает код M с входом 15 блока. Полученный на выходе сумматора 25 код складывается в сумматоре 26

5 13 с кодом числа 0 5 2" . Полученный на выходах старших и разрядов сумматора

26 код числа N поступает на выход устройства.

Для следящего фазометра время измерения ч можно представить выражением + т так(т ц, тр1+т,, (2) где Т, Т, Тс — соответственно время определения лН, M и выполнения операции стыковки. Т,, ограниченно только быстродействием используемой элементной базы, т.е. Т,<Т . Значение М определяется за один период следования сигнала на входе 3 устройства, поэтому Ти сТю °

Таким образом, введенные в устройство новые элементы и их соединения позволяют сократить время измерения

1 больших фазовых сдвигов при расширении диапазона измерения. уменьшение времени измерения достигается за счет сокращения времени определения количества целых фазовых циклов, содержащихся в полном фазовом сдвиге, что стало возможным благодаря обеспечению перекрытия результатов измерения фазометра и устройства счета целых циклов и выполнению стыковки этих результатов арифметическим путем.

Это поэволяет уменьшить время измерения полных фазовых сдвигов в 10-20 раз при сохранении высокой точности, определяемой погрешностью измерения используемого фаэометра. .Формула изобретения

1. Следящий фазометр, содержащий фазометр, входы которого соединены с входными клеммами устройства, два формирователя, при этом первый формирователь соединен с одной из входных клемм фаэометра, блок счета целых циклов, входы которого соединены с выходами формирователей, регистр памяти, входы младших разрядов которого соединены с выходами фазометра, а выходы — с выходными клеммами устройства и переключатель установки нуля, первый контакт которого подключен к земляной шине, а второй — к входам начальной установки фазометра и блока счета целых циклов, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью уменьшения времени измерения больших фазовых сдвигов при сохранении высокой точности измерений, в него введе18927 6 ны умножитель частоты с коэффициентом умножения 2 ", вход которого соединен с другой входной клеммой фазометра, 50

5

45 а выход — с входом второго формирователя и блок стыковки, первая группа входов которого соединены с выходами

k-страших разрядов фаэометра, а вторая группа — с выходами блока счета целых циклов, выходы блока стыковки соединены со старшими разрядами регистра памяти, а синхровход регистра соединен с выходом первого формирователя.

2. Фазометр по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что блок счета целых циклов содержит два счетчика, счетный вход первого счетчика соединен с одной из входных клемм устройства непосредственно, а счетный вход второго счетчика соединен с другой входной клеммой устройства через линию задержки, входы установки нуля счетчиков соединены с входом начальной установки блока, сумматор, первая группа входов которого k ìëàäøèми разрядами соединена с земляной шиной, а старшими разрядами — с выходами первого счетчика, вторая группа входов сумматора соединена с выходами второго счетчика, регистр памяти, входы которого соединены с выходами сумматора, а выходы соединены с выходными клеммами устройства, D-триггер, С-вход, К-вход и D-вход которого соединены соответственно с первой и второй входными клеммами устройства и шиной уровня логической единицы, а выход D — триггера соединен с синхровходом регистра памяти.

3. Фазометр по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок стыковки содержит преобразователь кода, входы которого соединены с первой группой входов блока и два сумматора, при этом первая группа входов первого сумматора k-младшими разрядами соединена с выходами преобразователя кода, а старшими разрядами — с шиной логическои единицы, вторая группа входов первого сумматора соединена с второй группой входов блока, выходы первого сумматора соединены с первой» группой входов второго сумматора, вторая группа входов которого соединена (k-1)-м разрядом с шиной логической единицы, а остальными разрядами — с земляной шиной, выходы старших разрядов второго сумматора являются выходами блока.

1318927

Составитель М. Катанова

Редактор Л.Гратилло Техред g.Ходанич Корректор Г. Решетник

Заказ 2505/38 Тираж 730 Подписное

BHHKIH 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