Цифровой фазометр мгновенных значений

 

Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных системах для измерения разности фаз сигналов в цифровой форме. Цель изобретения - расширение полосы пропускания цифрового фазометра мгновенных значений. Фазометр содержит фор трователь 1, элементы И 2,4 и 2, счетчики 3 и 5 импульсов, блок 6 управления , схемы 8 и 11 сравнения кодов, регистрирующее устройство 9, триггер 10 и регистр 13. Введением инвертора 18, элемента И 17, фазового детектора 14, фильтра 15 нижних частот, пе-. рестраиваемого генератора 7 и счетчика 16 импульсов достигается постоянство цены дискреты измерения фазового сдвига в диапазоне перестройки частот генератора 7 импульсов.-Это позволяет отказаться от дополнительной калибровки фазометра при работе в диапазоне частот входных сигналов, 2 ил. (/) С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТНЕННИЙ НОМИТЕТ СССР пО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ (21) 4181723/24-21 (22) !4.01. 87 (46) 07.08.88. Бюл. В 29 (72) К. К. Колодяжный, В. Д. Иванов, О. Ю. Сидоренко, Л. И. Грибанов и В. С. Зимин (53) 62!.317(088,8) (56) Авторское свидетеЛьство СССР

В 600472, кл. С 01 R 25/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР

В 935815, кл. С 01 R 25/00, !982. (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР МГНОВЕННЫХ

ЗНАЧЕНИЙ (57) Изобретение может быть использовано в информационно-измерительных системах для измерения разнбсти фаз сигналов в цифровой форме. Цель изобретения — расширение полосы пропуска(19) SU (fll 1 1 А (Я2 4 С 01 R 25/00 ния цифрового фазометра мгновенных значений. Фазометр содержит формиро- ватель 1, элементы И 2 4 и 121 счетчики 3 и 5 импульсов, блок 6 управления, схемы 8 и Il сравнения кодов, регистрирующее устройство 9, триггер

10 и регистр 13. Введением инвертора

18, элемента И 17, фазового детектора 14, фильтра 15 нижних частот, пе- . рестраиваемого генератора 7 и счетчика 16 импульсов достигается постоянство цены дискреты измерения фазового сдвига н диапазоне перестройки частот генератора 7 импульсов ° Это позволяет отказаться от дополнительной калибровки фазометра при работе (O в диапазоне частот входных сигналов.

2 ил.

1415198

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах для измерения разно5 сти фаз сигналов в цифровой форме.

Целью изобретения является расширение полосы пропускания цифрового фазометра мгновенных значений.

На фиг. 1 показана структурная электрическая схема цифрового фазометра мгновенных значений; на фиг. 2 — временные диаграммы фазометра.

Цифровой фазометр содержит формирователь 1, входы которого подключены к входным шинам устройства, а выход через первый элемент И 2 — к входу счетчика 3 импульсов и к одному из входов второго элемента И 4, выход которого подключен к входу счетчика

5 импульсов, блок 6 управления, вход которого подключен к выходу формирователя, а первый выход †.к входу

"Сброс" счетчика 3 импульсов, пере- 25 страиваемый генератор 7, выход которого подключен к второму входу перного элемента И 2, первую схему 8 сравнения кодов, входы которой соединены с выходами одноименных разрядов 3П обоих счетчиков импульсов, а выход— с другим входом, входом второго элемента И 4, регистрирующее устройство

9, подключенное к счетчику 5 импульсов, триггер 10, входы которого подключены к второму выходу блока 6 уп— равления и к выходу второй схемы 11 сравнения .кодов, а выход — к одному из входов третьего элемента И 12, 0 другой вход которого соединен с пер- 40 вым выходом блока управления, а выход — с входом пПеренос" регистра

13, входы которого соединены с выходами одноименных разрядов счетчика 3 импульсов и с первыми входами второй схемы 11 -сравнения кодов, а выходы— с вторыми входами той же схемы срав-,, нения кодов, последовательно соединенные фазовый детектор 14, фильтр

15 нижних частот, перестраиваемый генератор 7 импульсов, выход которого соединен с входом третьего счетчика 16, вторым входом первого элемен— та И 2 и с первым входом четвертого элемента И 17, выход которого соединен с объединенными входами Сброс и и 55 счетчика 5 и входом "Сброс" регистра

13, инвертор 18, выход которого соединен с третьим входом четвертого элемента И 17, второй вход которого подключен к первому входу формирователя 1 и первому входу фазового детектора 14, второй вход которого соеди( нен с к-м выходам третьего счетчика

16 и входом инвертора 18.

Цифровой фазометр работает следующим образом.

Формирователь 1, на входы которого поступают исследуемые напряжения (фиг. 2а) и U (фиг. 2б), формирует прямоугольные. импульсы длительностью Г (фиг. 2в), пропорциональной измеряемому фазовому сдвигу (у . Эти импульсы управляют первым элементом

И 2, открывая его на время, при этом тактовые импульсы с выхода перестраиваемого генератора 7 проходят на вход счетчика 3 непосредственно и на счетный вход счетчика i 5 через второй элемент И 4 при условии наличия на управляющем входе последнего разрешающего потенциала с выхода первой схемы 8 сравнения кодов.

Входной сигнал 13, (фиг. 2а) одновременно с поступлением на первый вход формирователя 1 подается и на первый вход фазового детектора 14, на второй вход которого поступает импульсное напряжение с к-ro разряда третьего счетчика 16 (фиг. 2д), которое формируется следующим образом.

При поступлении импульсов генератора

7 на вход третьего счетчика 16 на выходе к-ro разряда его имеет место меандровое напряжение частоты У, значение которой определяется из со» отношения

2К

jrpe К вЂ” разрядность счетчика;

f — частота следования импульсов генератора 7, При несовпадении частот сигналов, поступающих на входы фазового детектора 14, сигнал ошибки этого детектора через фильтр 15 нижних частот регулирует частоту генератора 7 импульсов до равенства частот сигналов Кro разряда третьего счетчика 16 и входного U<, При выборе фазового детектора 14 с дискриминационной характеристикой, обеспечивающей вхождение системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) генератора 7 импульсов в синхронный

14151 режим при нулевой фазовой расстройке входных сигналов фазового детектора

14, сигнал на к-м выходе третьего счетчика 16 синфазен с входным сигналом.

На фиг. 2г показаны импульсы, получаемьге с выхода генератора 7 при его подстройке, на фиг, 2д — импульсы к-го разряда третьего счетчика 16 lp частота и фаза которых изменяются в строгом соответствии с сигналами генератора 7; t — момент вхождения сис темы ФАПЧ в синхрониэм (фиг.: 2 а, г1

В процессе подстройки системы

ФАПЧ информация о текущем фазовом сдвиге, в соответствии с логикой работы прототипа, в течение импульса длительностью Т с выхода формирователя 1 заносится в первый 3 и второй 20

5 счетчики импульсов, а также в регистр 13.

Однако хранение информации о минимальном или максимальном фазовом сдвиге за интервал времени, в течение 25 которого осуществляется подстройка системы ФАПЧ, не произв одится из-за обнуления второго счетчика 5 и регистра 13 перед каждым новым измерением текущего значения сдвига фаз. 30

Обнуление второго счетчика 5 и регистра 13 перед каждым новым измерением текущего значения сдвига фаз осуществляется следующим образом.

До наступления условия синхронизма в системе ФАПЧ сигналы с первого входа формирователя 1 (фиг. 2а) и проинвертйрованные сигналы с к-го разряда третьего счетчика 16 (фиг. 2е), поступающие соответственно на второй и 40 третий входы четвертого элемента

И 17, создают на этих входах в интервалы времени Аt,, ай (фиг. 2а,е) логические уровни, разрешающие прохождение через этот элемент импульсов 45 с выхода генератора 7 (фиг. 2ж) на входы "Сброс" регистра 13 и второго счетчика 5 импульсов, которые обнуляют нх.

Эбнуление регистра 13 и второго счетчика 5 необходимо для того, чтобы первоначальные данные о минимальном или максимальном фазовом сдвиге, записанные В этих элементах при под.. стройке системы ФАЛЧ или при переходе на измерение фазового сдвига сигналов иной частоты, не смогли исказить истинную информацию о сдвиге фаз вход98

4. ных сигналов, получаемую после вхождения системы ФАПЧ в синхронизм.

Сразу после наступления условия синхронизма сигналы на втором и третьем входах четвертого элемента И 17 окажутся в противофазе (фиг. 2 а, е, момент t<) и запретят прохождение импульсов генератора 7 на входы

"Сброс" второго счетчика 5 и регистра 13.

Так как в условиях синхронизма система ФАПЧ поддерживает .равенство

> фаз выходного сигнала к-го разряда третьего счетчика 16 и сигнала с первого входа устройства, обеспечивается строгая зависимость частоты повторения тактовых импульсов f перестраиваемого генератора 7 импульсов от частоты F входного сигнала, котор-я определяется соотношением f 2 F.

Поскольку к моменту вхождения системы ФАПЧ в синхронизм содержимое счетчиков 3 и 5 одинаково, так как первый обнуляется импульсом с первого выхода блока 6 управления перед каждым измерением, а второй обнулен импульсами с генератора 7 до соблюдения условия синхронизма, первая схе ма 8 сравнения кодов выдает разрешающий потенциал логической 1 на второй вход элемента И 4. В этом случае, при поступлении с выхода формирователя 1 импульса длительностью пропорциональной измеряемому фаэово.— му сдвигу, управляющего первым элементом И 2, на входы счетчиков 3 и 5 с выхода генератора ? поступит такое число импульсов, которое соответствует истинной величине текущего значения фазового сдвига.

В момент времени, соответствующий заднему фронту выходного импульса формирователя l, импульсный сигнал с первого выхода блока 6 управления сбрасывает счетчик 3 в нуль по входу

"Сброс". В счетчике 5 при "-том остается код, пропорциональный временному интервалу . Он передается в регистрирующее устройство 9. Разрешающий потенциал с управляющего входа второго элемента И 4 снимается, так как условие равенства кодов на входах схемы 8 нарушается.

Так, например, если последующее значение измеренного фазового сдвига окажется больше хранящегося в счетчике 5, то содержимое счетчика 5

50

5 14151 дополняется пропорциональным приращением кода, в противном случае содер1кнмое остается без изменений. Если последующее значение .меньше значения

5 измеренного фазового сдвига, то информация о минимальном фазовом сдви ге переносится со счетчика 3 в регистр 13. Таким образом, предлагае.;мый фаэометр измеряет текущее значение фазового сдвига, обеспечивая фик сацию его минимального и максимального значений.

Кроме того, при изменении частоты

F входных сигналов система ФАПЧ под,строит частоту f генератора 7 таким, образом, что беэ дополнительной ка-!. либровки устройства в счетчике 3

;сформируется достоверная информация о текущем фазовом сдвиге между вход- 20 ! ными сигналами этой частоты, а в регистре 13 и в счетчике 5 обеспечи-! вается фиксация соответственно его ,,минимального и.максимального значений за интервал времени. 25 . Устранение искажений выходной информации устройства при измерении фазового сдвига на частоте входных сигналов, отличающейся от номинальной, а в связи с этим отказ от дополни- Зо тельной калибровки устройства достигаются тем, что для предлагаемого технического решения в отличие от известного цена дискреты измеряемого фазового сдвига поддерживается постоянной в диапазоне частот перестройки генератора 7 импульсов.

Цена дискреты "измеряемого фазового сдвига определяется соотношением о — 360 —, поскольку система ФАПЧ 4о ! в установившемся режиме поддерживает равенство Е = 2 F, где К вЂ” разряз ность третьего счетчика 16 импульсов, . то цена дискреты ур для предлагаемо- 45 го устройства определяется как

360 F 360 F 360

% 2 2 Р 2к и является постоянной величиной в диапазоне частот перестройки генератора 7 импульсов.

Технико-экономический эффект данного технического решения заключается в том, что за счет введения цепи фаэовой автоподстройки частоты, состоящей из последовательно соединенных фазового детектора, фильтра нижних частот, перестраиваемого генератора импульсов и счетчика импульсов, достигается постоянство цены дискреты измерения фазового сдвига в диапазоне перестройки частот генератора импульсов, что позволяет расширить поло .у пропускания устройства и за счет этого отказаться от дополнительной калибровки фазометра при работе его в диапазоне частот входных сигналов.

Формула изобретения

Цифровой фазометр мгновенных значений, содержащий формирователь, входы которого подключены к входным шинам устройства, а выход — к входу блока управления и первому входу первого йлемеита И, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика импульсов и первому .входу второго элемента И, второй вход которого подключен к выходу первой схемы сравнения кодов, а выход — к счетному входу второго счетчика импульсов, первый выход которого подключен к регистрирующему устройству, а вторые выходы — к первым входам первой схемы сравнения кодов, вторые входы которой подключены к выходам первого счетчика импульсов, вход "Сброс которого объединен с первым входом третьего элемента И и подключен к первому выходу блока управления, второй выход которого подключен к перво- му входу триггера, второй вход которого подключен, к выходу второй схемы сравнения кодов, первые входы которой подключены к выходам первого счетчика импульсов и входам "Перезапись" регистра, а вторые входы — к первым выходам регистра, второй вход

"Перенос" которого подключен к выходу третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом триггера, отличающийся тем, что, с целью расширения полосы пропускания, в,него введены последовательно соединенные инвертор и четвертый эле— мент И, последовательно соединенные фазовый детектор, фильтр нижних частот и перестраиваемый генератор, а также третий счетчик импульсов, выход которого подключен к первому входу фазового детектора и входу инвертора, второй вход фазового детектора соединен с входной шиной устройства и с вторым входом четвертого элемента

И, третий вход которого соединен с

1 !

% I

I ! 3 !! !! !

К

К

I I!

I )

) !! ) I

I !

Составитель Л. Воронина

Редактор Н. Гунько Техред А. Кравчук Корректор Г. Решетник

Заказ 3872/44 Тираж 772, Подписное

ВПИИПИ 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 .

7 1415198 8 входом третьего счетчика импульсов, при этом выход четвертого элемента И вторым входом первого элемента И и подключен к входам "Сброс" второго выходом перестраиваемого генератора, счетчика импульсов и регистра.