Фазометр в.б.ибрагимова

 

Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных системах для преобразования фазовых сдвигов в код. Цель изобретения - растирение диапазона однозначного измерения фазового сдвига. Фазометр содержит фазовый детектор 1,аналогоцифровой преобразователь 2, блок 4 определения квадранта фазового сдвига . В устройство введен блок 5 управления , который в зависимости от того, на какой из его входов поступил импульс , отображающий номер квадранта, формирует управляющие сигналы для арифметического блока 6 и мультиплексора 7. Арифметический блок 6 в зависимости от задаваемого режима блоком 5 управления и вида подключаемого к нему мультиплексором 7 операнда выполняет операции различного вида в четырех квадрантах. При этом результат выполняемой операции однознач но соответствует сдвигу фаз во всем диапазоне О - 360° измерения фазового сдвига. В описании приведен пример выполнения блока 5 управления. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. 1 § (Л и о к во гто зЯ .гра оо GO 00 If

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 1 А1 (5D4 G 01 R, 25 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4021010/24-21, (22) 24.01.86 (46) 15.09.87. Бюл. М- 34 (71) Специальное конструкторское бюро геофизического приборостроения

Института геологии АН АэССР (72) B.Б.Ибрагимов (53) 621.317 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 527674, кл. G О1 R 25/00, 1974.

Авторское свидетельство СССР

М- 470760, кл. G 01 R 25/00, 1977. (54) ФАЗОМЕТР В,Б,ИБРАГИМОВА (57) Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных системах для преобразования фаэовьгх сдвигов в код. Цель изобретения— расширение диапазона однозначного измерения фазового сдвига. Фазометр содержит фазовый детектор 1,аналогоцифровой преобразователь 2, блок 4 определения квадранта фазового сдвига. В устройство введен блок 5 управления, который в зависимости от того, на какой из его входов поступил импульс, отображающий номер квадранта, формирует управляющие сигналы для арифметического блока 6 и мультиплексора 7. Арифметический блок 6 в зависимости от задаваемого режима блоком

5 управления и вида подключаемого к нему мультиплексором 7 операнда выполняет операции различного вида в четырех квадрантах. При этом результат выполняемой операции однозначно соответствует сдвигу фаз во всем

0 диапазоне 0 — 360 измерения фазового сдвига. В описании приведен пример выполнения блока 5 управления. 1 з.п. С ф-лы, 5 ил.

1337810

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в информационна-измеритепьных системах дпя преобразования н фазовых сдвигов в код.

Целью изобретения янпяется расширение диапазона однозначного измерения фазового сдвига.

На фиг,1 показаны характеристики преобразования фазового детектора (фиг.1а), аналого-цифрового преобразоватепя и фазометра в целом (фиг.1б); на фиг.2 — структурная схема фазометра; на фиг.3 — структурная схема бпо- I ка определения квадранта фазового сдвига; на фиг.4 — схема блока упранпения; на фиг.5 — схема арифметического блока, Фазометр (фиг.2) содержит фазовый детектор 1, входы которого подкпюче ны к входам фазометра, а выход — к сигнальному входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 2, вход запуска которого соединен с тактирующим вхо- 25 дом 3 фазометра, блок 4 опредепения квадранта фазового сдвига, входы которого подкпючены к входам фазометра, а выходы — к первым четырем входам блока 5 управления, пятый вход кото- зп рого соединен с импульсным выходом

АЦП (с которого снимается импульс

"Конец преобразования" ), первый и второй выходы вЂ,с упранпяющими входами арифметического блока 6, а третий и четвертый выходы — с управляющими входами мультиплексора 7, информационные выходы которого соединены с выходами блока 8 регистров, а ныходс входом пернога операнда арифметического блока, вход второго операнда которого подключен к каданаму «ыходу

АЦП, а выход является выходам фазаметра °

46

Блок определения квадранта фазового сдвига содержит (фпг.3) первый усилитель-ограничитель 9, вход которого подключен к первому входу блока и входу удвоитепя 10 частоты, а вы- 50 ход — к первым входам элементов

И 11 — 14, второй усипитепь-ограничитель 15, вход которого подкпючен к выходу удвоитепя частоты, а выход к вторым входам элементов И 11-1- ), выходы которых соединены соответственно с первыми входами эпементан И 1619, вторые входы которых объединены и через нуль-орган 20 подкпючены к

«1 араму Входу бл()ка, а «ь!ходы явпяются выходами бпока.

Бпок управления (фиг,4) содержит эпементы ИЛИ 21 и 22, входы которых соединены соатветст»енно с первым, третьим и «торим, четв;зртым «ходами бпока, а выходы — с вх эдами триггера

23, единичный (() и нупевай (()) выходы которого соединены соответственtto с первыми входами элементов И 24 и 25, вторые »ходы которых падкпючены к пятому входу блока, а выходы к первому и второму выходам блока, и элементы И 1И 26 и 27, входы которых соединены соответственно с пер«ым, вторым и третьим, четвертым нходами блока, а выходы — с входами триггера 28, един ичш ьй и нулевой выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов И 29 и 30, вторые входы которых подключены к пятому нходу блока, а выходы — к третьему и четвертому выходам блока.

Фазаметр работает следующим образам.

На »ходы фазового детектора 1 подаш» напряжение I. (f,) опорной частоты

) и »апряжение У (Г„ „ ) измеряемой частоты f (фиг.2). Сдвиг фаз между этими напряжениями требуется измерить. Фаза)»ый детектор 1 преобразует, р в напряжение постоянного така 0, (фиг.1а), которое поступает на сигнальный вход ЛЦП 2 и преобразуется в код N,, пропорциональный

0), и, следовательно, ц (фиг,1б). Начало каждого цикла аналога-цифрового преобразования U« V, н ЛЦП 2 задается пмпупьсами, поступающими на тактирующий вход 3 фазаметра, а конец каждоI)

«а ttttl()t;l фикс н1)",ется t)Mtt .) чь сами Ка нец преобразования", с«имаемыми с импульсного»t входа AIII и наступающи-. ми далее на пятый вход бпака .5 управпения. Длительность „ импульсов

"Конец преобразования" должна выбираться из условия с,, где тц— время ныпопнения арифметическим блоком 6 саат»етст»ующеи математической операции.

Из фиг.1б следует, что однозначное саат»етст»не между N u Q,oc тигается « пределах одного кнадранта (из четырех) из- la кусочно-пи«ей«ай (треугопьнай) характеристики преобо разанания I), =I (tg) н диапазоне 0-360 изменения с . Поэтому код М, не мажет быть использован в качестве ре1337810 эультата нэм рения. Чтобы полу пить в укаэанном диапазоне линейную (без излома) характеристику преобразования N<=V(g) и обеспечить однозначное соответствие между результатом измерения и искомым параметром, определяемым квадрант, в котором находится с, и в зависимости от номера квадранта выполняют операцик М,, + N, или Ь 2 + N Где N постоянный код, значение которого соответствует о

90 по линейной характеристике преобразования И, =Г(с ); N — постоянный код, значение которого соотQ ветствует е = 270 по линейной характеристике N = V(g); N — результирующий код (фиг ° 1б) .

50

Определение квадранта фазового 20 ! сдвига осуществляется в блоке 4, на входы которого подаются входные напряжения U (f ) и U(f „„), при этом

U (f ) далее поступает (фиг. 3) на удвоитель 10 частоты, с выхода которого снимается напряжение Н(2й, ) удвоенной опорной частоты. Усилители-ограничители 9 и 15 формируют импульсы прямоугольной формы (время — импульсные сигналы) с длительностью, пропор- 30 циональной полупериоду поданных на их входы напряжений U (f ) и U (2f, ) соответственно, которые поступают далее на соответствующие входы элементов И 11-14. Элемент И 11 срабатывает (выдавая потенциал высокого уровня, соответствующего уровню 1") в первой четверти периода опорной напряжения, где поданные на его входы сигналы А и В с выходов усилителей-ограничителей 9 и 15 совпадают (АВ=1). Элемент И 12 срабатывает во второй четверти периода напряжения

U(f ), где поданные на его входы сигналы (один из которых предварительно инвертируется по инвертирующему входу элемента) совпадают (АВ=1) .

Элемент И 13 срабатывает в третьей четверти периода опорного напряжения при выполнении логического условия

AB=1 (сигнал А предварительно инвертируется). Элемент И 14 срабатывает в четвертой четверти периода опорного напряжения, где справедливо АВ=1 °

Таким образом, срабатывание i-ro

55 (i=1, 2, 3, 4) элемента И и появление на его выходе разрешающего потенциала "1" соответствует i-й четверти периода опорного напряжения U (f ) °

Нуль-орган 20, подключенный к второму входу блока 4 (на который подается напряжение Г (f„„„ ), срабатывает при переходе этсro напряжения через нулевое значение в определенном направлении, например, из отрицательной области в положительную.

Импульс, формируемый им в этот момент времени, проходит через один из элементов И 16-19 (а именно через тот элемент И, на управляющем входе которого имеется разрешающий потенциал) и поступает на соответствующий выход блока, неся в себе информацию о квадранте фазового сдвига Ч между опорным и измеряемым напряжениями. Действительно, если с находится в первом квадранте, при переходе U(f ) через нулевое значение импульс с выхода куль-органа

20 проходит через элемент И 16, открытый разрешающим потенциалом "1" с выхода элемента И 11; если находится во втором квадранте, при переходе

U(f„,„ ) через нулевое значение импульс с выхода нуль-органа проходит через элемент И 17, открытый разрешающим потенциалом "1" с выхода элемента И 12. Аналогично в третьем и четвертом квадрантах фазового сдвига () выходной импульс нуль-органа 20 появляется на выходах элементов

И 18 и 19 соответственно.

Блок 5 управления в зависимости от того, на какой иэ его входов поступил импульс с выхода блока 4, отображающий номер (признак) квадранта, формирует управляющие сигналы для арифметического блока 6 и мультиплеко сора 7. В первом квадранте (0-90 ) импульс с первого выхода блока 4 (к которому подключен выход элемента

И 16) поступает на первый вход блока

5 и, пройдя через элементы HJIH 21 и

26 (фиг,4), устанавливает триггеры

23 и 28 в положение "1", при этом потенциал "1" с единичных выходов Я указанных триггеров подготавливает элементы И 24 и 29, которые при поступлении на пятый вход блока импульса "Конец преобразования" с импульсного выхода АЦП 2 пропускают его на первый и третий выходы блока соответственно. Во втором квадранте е о (90-180 ) импульс с второго выхода блока 4 (к которому подключен выход элемент И 17) поступает на второй вход блока 5 и, пройдя через злемен1 1378 10

:16

10, — мультиплексор и блок упрлвлег<ия, перЧ1

5r> ты И 22 и 26, устанавливает григгери

23 и 28 в позгожения "О" и "1" соответственно, при этом потенциал "1" с нулевого выходл Ц триггера 23 и с единичного выхода Q триггера 28 подготавливает элементы И 25 и 29, которые при поступлении на пятый вход блока импульса "Конец преобразования" с выхода AIIII 2 пропускают его на второй и третий выходы блока ° Б третьем

<Э квадранте (13 (180-270 ) импульс с третьего выхода блока 4 (к которому подключен выход элемента И 18) поступает на третий вход блока 5 и, пройдя через элементы ИЛИ 21 и 27, устанавливают триггс.ри 23 rt 28 13 положения "1" и "0" с ov TE<(тс TE

И 24 и 30, которые при поступлении импульса Конец пр «брлзования с

АЦП 2 пропускают его нл первый и четвертый выходы блока. Б четвертом (< квадранте (((270-360 ) импульс с четt3pp Tor ñ выхода блока 4 (к которому подключен выход элемента И 19) поступает на четвертый вход блока 5 и, пройдя через элементы 1ПИ 22 и 27, устанавливает триггеры 23 и 28 в положение "О, при этом потенциал

"1" с нулевых вьгходов обоих триггеpoi3 подготавливает элементы И 25 и

30, которые при поступлении импульса "Конец преобразования" с ЛЦП 2 пропускают его на второй и четвертый выходы блока.

Последдилте:гьность описанних операций отражена в таблице, где знаком с тмечеfto на-гичие импульсов нл том или ином входе (выходе) блока 5.

Управляющий сигнал, снимаемый с первого выхода блог.л 5 (в первом и третьем кнадрантлх), задает режим

Бычитлние", а упрлнпгнощий сигнал, снчгмаемий с второго выхода этого блика (во вт(эрол» и четвертом кззадрлнтах) — режим Сложение арифметического блока 6 (фиг, 2). Управляющий сигнал, снимаемый с третьего выхода блoкл 5 (в первых двух квадрантлх), устанавливает мультиплексор 7 в пиr-.,>жение, при котором к лр1(фмет<1ческиму блику подключается код 11„,, .11 ли ящlгйl ся В и(ргз(эм p(. Ги с гр(б:Iикл

8, л управляющий сигнал> снимаемый

< четвертого ныхидл блика 5 (в тре—

3 h< M и четвертом квлдрлнтлх), уста6

26

30 нли:<ина(т му ll, l «еl< к «p ? . цр:,: п<эпоже1(и, прн к<этир<>м к .Эрифм(.тнческому блоку 1(о<(ключа тся к д N г.г из второго регисз ра блика 8.

Лрифметический блок, 13f,trio»f!e EIEIE trt нл микросхемах К564 И1Л сс-рии 564 (

1(< †11, 1(<< (н первом квадранте)

N(=11, +1(, (гзо втором квацрлнте);

N(, =N -N, (в TpeтьеM квадранте);

11, =1(1,, +1<1< (в четвертом квадранте), при этом результат 11 вып»лняемсй операции, считиваемги<1 вс нfretrrftee устройство хрл1ц ния (и 1и р<.гистрации)

11Eiф<3PMЛ! j1П1, С<Э(! TВС ТС Т13 PТ с1 но всем диапазоне 0-360 изменения флзового сдвигл (фиг,1б), Таким образом, предлагаемый фазометр обладает более широким дилпазоним однозначн(эг(э измерения флзигзого с <1f3rrr (r (0-360 ) "3o cpa frrtertri!o trpoToтипом, где зтот дилплзин li(ггревыи<лс.т пределов Одногo квадранта. Расширсние диапазона одни знлчного измерения з позволяет расширить область

ltprrMQftf ния устройства.

Ф о р м у 11 л и з и б р е т е н и я

1. Фазометр, содержащий опок опредспения квадранта фазового сдвига, входы которого подключ ны к входным линам фазометрл, к входам фазового детЕКтОра, ВЫХОД КотлрОГО ПОдКЛ<ОЧЕН к сигнальному входу лна lorо-цифровогэ преобрлзонате 1я, о т и и ч à ю шийся т M чти, с Itertl þ рлсширен11я диапазона одно значи зго ггзмерения фазового сдвига, 13 нег<з г313едс 11ы арифметический б.гок, блок ре гистров, и< le ч(. тире входа к(это13<зго (Оспин(<ны с гзьгходами блока опред пения кззлдрантл фазового сдвига, пятый вход блока управления соединен с импульсным выходом аналого-цифрового преобразователя, первый и второй г<ыходы подключены к управляющим входам арифметического блока, «ыход котор эго является выходом фазометрл, третий и четвертый выхсзды соединен<1 с управляющими входами мультзпллексор, ипформационьн<е входы которого сиединебпокл p(. i HcTpo13 а 13hl ход — с входом первог о операнда ариф1337810

Выходы блока 5

Входы блока 5

Потенциал на выходе

Квадрант триггера триггера

23 28

T I

) 1) 0 4

1 2 3 4

1 2 3 4

0-90

90-180

180-270

270-360 х х метического блока, вход второго операнца которогс- подключен к кодовому выхсду аналого-цифрового преобразователя, вход запуска которого соединен с тактирующим входом фазометра.

2. Фазометр по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что в нем блок управления выполнен в виде двух триггеров, четырех элементов И и четырех элементов ИЛИ, причем входы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с первым, третьим, вторым и четвертым входами блока, а выходыс входами первого триггера, единичный и нулевой выходы которого соедииены соответственнс с первыми входами первого и второго лементоа И, вторые входы которых соединень с пятым входом блока, а выходь1 — .- первым и вторым выходами блока, входы третье" го и четвертого элементов ИЛИ соединены соответственнс с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока, 1р а выходы — с входами второго триггера, единичный и нулевой выходы которого соединены соответственно с первыми входами третьего и четвертого элементов И, вторые входы которых соединены с пятым входом блока, а выходы — с третьим и четвертым выходами блока.

1зз я1о

puz.3 сЖ(РГ л

Ь ъ4 ь, 1 л, Ъ

ГЬ юРа

А РГ

I Inmost

Флоло 5 /ыоА мулюпиллгл сора 7

Составитель Л,Воронина

Техред И.Попович Корректор М.Демчик

Редактор А.Лежнина

Заказ 4126/43 Тираж 730 Подписное

BHHHIIH 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