Цифровой фазометр

 

Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения разности фаз двух сегментов в широком диапазоне частот. Цель изобретения - повышение точности измерения разности фаз. Устройство содержит вход 1 опорного и вход 2 измеряемого сигналов (С), формирователи 3 и 4 опорного и измерительного С, блок 5 управления, реверсивньм счетчик 6, суммир тощие счетчики 7 и 8, счетчик 9 результата, групповые элементы К-ИЛИ 10 и 11, генератор 13 импульсов, двухвходовые злементы И 14 и 15. Введение импульсного вычитателя 12 и образование новых функциональных связей повышает точность измерения, т.к. с ростом частоты автоматически увеличивается число периодов в такте измерения, определяемое первым переполнением суммирующего счетчика 7. В описании приведен пример реализации блока 5 уп,- равления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

20545 А1 (191 (И1

1 сьев 4 G О! R 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4081282/24-21 (22) 27.06,86 (46) 30.08,88, Бюл. Р 32 (71) Львовский политехнический институт им, Ленинского комсомола (72) В.Б.Дудыкевич, В.Н.Максимович, Ю.В.Опотяк, В.Я.Супьян и С.Н.Горбатюк (53) 621.317 ° 373(088.8) (56) Шляндин В.М. Цифровые измерительные устройства. — М.: Высшая школа, 1981, с, 176, Смирнов П.Г. Цифровые фазометры.—

Л.: Энергия, 1974, с. 26, рис, 12. (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР (57) Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения разности фаз двух сегментов в широком диапазоне частот. Цель изобретения — повышение точности измерения разности фаз. Устройство содержит вход 1 опорного и вход 2 измеряемого сигналов (С), формирователи 3 и 4 опорного и измерительного С, блок 5 управления, реверсивнъй счетчик 6, суммирующие счетчики 7 и 8, счетчик 9 результата, групповые элементы И-ИЛИ 10 и 11. генератор 13 импульсов, двухвходовые элементы И 14 и 15. Введение импульсного вычитателя 12 и образование новых функциональных связей повышает точность измерения, т.к. с ростом частоты автоматически увеличивается число периодов в такте измерения, определяемое первым переполнением сум- а мирующего счетчика 7. В описании приведен пример реализации блока 5 уп; равления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

С:

1420545

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения разности фаз двух сигналов в широком диапазоне

5 частот.

Цель изобретения — повышение точности измерения разности фаз.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг ° 2 — схема блока управления.

Цифровой фазометр содержит вход 1 опорного и вход 2 измеряемого сигналов, входные формирователи опорного 3 и измеряемого 4 сигналов, блок 5 управления, реверсивный счетчик 6, суммирующие счетчики 7 и 8, счетчик 9 результата, групповые элементы И=ИЛИ

10 и 11, импульсный вьгчитатель 12, генератор 13 импульсов и элементы

И14и 15.

В цифровом фазометре входы опорного 1 и измеряемого 2 сигналов подключены соответственно к входным фор. мирователям 3 и 4, выходы которых 25 подключены соответственно к первому

16 и второму 17 входам блока 5 управления, первый 18 и второй 19 выходы которого подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам 3р реверсивного счетчика 6, выход обнуленин которого подключен к третьему входу 20 блока 5 управления, третий

21 и четвертый 22 выходы которого подключены соответственно к вторым входам первого и второго элементов

И 14 и 15, к первым входам которых подключен выход генератора 13 импульсов, выход второго элемента И 15 подключен к входу первого суммирующего счетчика 7, выход переполнения которого подключен к четвертому входу 23 блока 5 управления, к выходам разрядов первого суммирующего счетчика 7 подключены первые входы группового элемента И-ИЛИ 10, выход которîro

45 подключен к входу 24 вычитания импульсного вычитателя 12, к второму входу 25 которого подключен выход первого элемента И 14, выход импульсного вычитателя 12 подключен к входу суммирующего счетчика 8, выходы разрядов которого подключены к вторым входам первого первым входам второго групповых элементов И-ИЛИ 10 и 11.

При этом вторые входы второго группо-55 вого элемента И-ИЛИ 11 подключены к шине 26 установки коэффициента, а выход — к входу счетчика 9 результата, пятый выход 27 блок 5 управления подключен к входам сброса в ноль реверсивного счетчика 6 и суммирующих счетчиков 7 и 8, шестой выход 28 блока 5 управления подключен к входу сброса в ноль счетчика 9 результата.

На фиг.2 представлен один из возможных вариантов реализации блока 5 управления устройства.

Блок 5 управления содержит первый

29 и второй 30 RS-триггеры, первый

31, второй 32, третий 33 и четвертый 34 D-триггеры, инвертор 35, первый 36, второй 37 и третий 38 элементы И-НЕ и элемент И 39.

В блоке 5 управления первый и второй входы 16 и 17 подключены соответственно к S- u R-входам первого

RS-триггера 29, выход которого подключен к первому входу элемента И 39, выход которого подключен к третьему выходу 21 блока 5 управления, первый вход. 16 блока 5 управления подключен к С-входам D-триггеров 32-34 и инвертору 35, выход которого подключен к первым входам элементов И-НЕ 36 и

37, выходы которых подключены соответственно к выходам 18 и 19 блока 5 управления, прямой выход третьего

D-триггера 33 подключен к второму входу элемента И-НЕ 36 и второму входу элемента И 39, инверсный выход

D-триггера 33 подключен к R-входу

Р-триггера 34, прямой выход которого подключен к второму входу элемента

И-НЕ 37, четвертому выходу 22 блока

5 управления и первому входу элемента И-НЕ 38, выход которого подключен к шестому выходу 28 блока 5 управления, четвертый вход 23 блока 5 управления подключен к входу RS-триггера 30, прямой выход которого подключен к D-входу третьего D-триггера 33 и второму входу элемента И-HE 38, на

D-входы D-триггеров 31 и 32 подается уровень "1", прямой выход D-wperrepa

32 подключен к D-входу D-триггера

34 и R-входу D-триггера 31, С-вход которого подключен к третьему входу

20 блока 5 управления, инверсный выход D-триггера 31 подключен к R-входам RS-триггера 30, D-триггеров 32 и 33 и пятому выходу 27 блока 5 управления.

Цифровой фазометр работает следующим образом.

В исходном состоянии реверсивный счетчик 6 и суммирующие счетчики 7 и з 14205

8 обнулены, а в счетчике 9 результата находится результат предыдущего измерения. На выходах 21 и 22 блока 5 управления находятся уровни "0", на выходах 27 и 28 блока 5 управления

5 уровни "1".

Устройство работает в два такта.

В первом такте работы в момент появления на входе 16 блока 5 управле- 1О ния фронта опорного сигнала на выходе 22 блока 5 управления появляется уровень "1" ° Импульсы с генератора 13 импульсов через элемент И 15 начинают поступать на вход суммирующего счетчика 7, а импульсы с первого выхода 18 блока 5 управления, следующие с частотой опорного сигнала, начинают поступать на суммирующий вход реверсивного счетчика 6.

При поступлении на вход первого суммирующего счетчика 7 N импульсов (N — коэффициент пересчета счетчи р ков 7 и 8) последний переполняется и импульс с его выхода поступает на 25 вход 29 блока 5 управления. На выходе

?8 блока 5 управления появляется уровень "О". Счетчик 9 результата, в котором находился, результат предыдущего измерения, обнуляется. Поступление импульсов на вход первого суммирующего счетчика 7 продолжается, При поступлении на вход 16 блока 5 управления очередного фронта опорного сигнала прекращается поступление импуль-, 35 сов с выхода 18 блока 5 управления на

I . суммирующий вход реверсивного счетчика 6, на выходе 22 блока 5 управления появляется уровень "0", на выходе 28 — уровень "1", разрешающий работу счетчика 9 результата. Подсчет импульсов суммирующим счетчиком 7 прекращается. Начинается второй такт работы устройства.

К концу первого такта в реверсив- 4 ном счетчике 6 находится число п, равное числу периодов опорного сигцала, прошедших на вход устройства.

Длительность первого такта

Т, = nTxt (1) где Т„- период опорного сигнала.

За это:время на вход суммирующего счетчика 7 поступает М, импульсов:

И, = nTxf (2) где f — частота повторения импульсов генератора 13 импульсов.

С началом второго такта работы устройства на третьем выходе 21 блока 5 управления начинают появляться

4 положительные импульсы длительностью

, соответствующей временному сдвигу между фронтами сигналов на опорном и измерительном входах устройства.

В течение этих импульсов длительностью а импульсы с генератора 13 импульсов через элемент И 14 поступают на вход 25 импульсного вычитателя 12. На выходе устройства формируется результат измерения.

Импульсы со второго выхода 19 блока 5 управления, следующие с частотой опорного сигнала, поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика б.

При поступлении на реверсивный счетчик 6 п импульсов, на его выходе обнуления появляется импульс, поступающий на третий вход 20 блока 5 управления.

На третьем выходе 21 блока 5 управления появляется уровень 0", прохождение имт:ульсов через элемент И 14

,на вход 25 импульсного вычитателя 12 прекращается. Формирование результата измерения заканчивается, На выходе 27 блока 5 управления появляется уровень "0", сбнуляющкй реверсивный счетчик 6 и суммирующие счетчики 7 и 8 и подгставливающий устройство к следующеь измерению.

Длительность второго такта Т равна длительности первого такта:

Т вЂ” Т „— пТ„. (3)

За время nÒx второго такта работы устройства на вход 25 импульсного вычитателя 12 поступает М импульсов:

N = n(,f„ (4)

Число импульсов N на выходе импульсного вычитателя 12 можно определить из соотношения: 1ос (5) где N, — число импульсов на входе 24 и атульсного вычитателя 12.

Суммирующие счетчики 7 и 8 групповой элемент И-ИЛИ 10 представляют со" бой двоичный умножитель, причем значение коэффициента умножения определяется числом, находящимся в сумж рующем счетчике 7.

Количество импульсов на выходе двоичного умножителя, а значит и на входе 24 импульсного вычитателя 12 (6) где N — число, зафиксированное в первом суммирующем счетчике 7;

5 14

И " коэффициент пересчета счетчиков 7 и 8.

Так как за время поступления на вход первого суммирующего счетчика 7

N, импульсов происходит одно его переполнение, то:

N„= И„+ И„, (7) откуда (8) N) = N, — М„,.

Из уравнений (2)-(8) Nm N

N = — — — -N = N — = --. (9)

+ N Z mmN, - т„

Суммирующий счетчик 8 и групповой,, элемент И-ИЛИ 11 представляют собой второй двоичный умножитель, коэффициент умножения которого задается с помощью шины 26 установки коэффициента.

Количество импульсов N на выходе второго двоичного умножителя, поступающих на вход счетчика 9 результата, может быть определено из соотношения:

N = --N

Np, 4 3 (10) где N — код на шине 26 установки

4 коэффициента.

Из уравнений (9) и (10) N = -" N — = N-Ид (113

4 И "Т„дТ

Результат измерения зависит от значения кода N„ и от значения отношения вЂ, которое определяет сдвиг

Tõ фаз между сигналами на входах устройства и .не зависит от частоты исследуемого сигнала.

При выборе кода И, равным, например, 360000 единица младшего разряда счетчика 9 результата соответствует о

0,001 разности фаз сигналов на входе устройства.

Блок 5 управления работает следующим образом.

В исходном состоянии D-триггеры

31-34 и RS-триггер 30 находятся в нулевом состоянии.

Первый RS-триггер 29 переключается поступающими на входы 16 и 17 блока

5 управления импульсами от входных формирователей 3 и 4, формируя таким образом импульсы длительностью с. соответствующей временному сдвигу между фронтами сигналов на входах устройства. Эти импульсы поступают на первый вход элемента И 39. В момент поступления на вход 16 блока 5

20545 . 6 управления первого фронта сигнала

D-триггер 32 переводится в единичное состояние. На R-входе первого D-триггера 31 и D-входе D-триггера 34 уста5 навливаются единичные уровни. B момент поступления на вход 16 блока 5 управления следующего фронта сигнала

D-триггер 34 устанавливается в единичное состояние. На выходе 22 блока

5 управления и на первом входе элемента И-НЕ 38 устанавливается уровень

"1". Этим же уровнем разрешается прохождение через элемент И-НЕ 37 на выход 18 проинвертированных инвертором 35 импульсов с входа 16 блока 5 управления.

При поступлении на вход 23 блока 5 управления импульса с выхода переполнения суммирующего счетчика 7 RSтриггер 30 переходит в единичное состояние. Единичный уровень на втором входе элемента И-НЕ 38 вызывает появление на егo выходе и на выходе 28 блока 5 управления "0", обнуляющего счетчик 9 результата. Единичный уро.— вень появляется и íà D-входе D-триггера 33.

При поступлении на вход 16 блока

5 управления фронта очередного импульса D-триггер 33 переходит в единичное состояние. Уровень "0", появляющийся при этом на его инверсном выходе, сбрасывает в ноль П-триггер

34. Элемент И-НЕ 37 закрывается, На

35 выходе 22 блока 5 управления устанав-. ливается уровень "0", а на выходе

28 — уровень "1". Уровень "1" с выхода D-триггера 33 разрешает прохож40 дение через элемент И 39 на выход 21 блока 5 управления импульсов длительностью, формируемых RS-триггером

29. Этот же уровень разрешает прохождение через элемент И-НЕ 36 на выход

19 блока 5 управления проинвертиро45 ванных инвертором 35 импульсов с входа 16 блока 5 управления.

При поступлении на вход 20 блока

5 управления сигнала обнуления с реверсивного счетчика 6 на инверсном

50 выходе D-триггера 31 устанавливается, уровень "0". Этот уровень появляется на выходе 27 блока 5 управления и используется для сброса в ноль реверсивного 6, суммирующих 7 и 8 счетчиков. Этим же уровнем сбрасываются в ноль D-триггеры 32 и 33 и RS-триггер

30. При этом на прямом выходе D-триггера 32 появляется уровень "0", ко7 14 тарый сбрасывает D-триггер 31 в нулевое состояние и на выходе 27 блока 5 управления появляется уровень "1", Цикл работы устройства заканчивается.

Принцип, положенный в основу работы фазометра, предполагает не более одного переполнения первого суммирующего счетчика 7, Следовательно, при п = 1 должно выполняться неравенство:

2N -1

c — - — —.

" оКс

В фазометре с ростом частоты автоматически увеличивается число периодов в такте измерения, определяемое первым переполнением счетчика 7, что позволяет обеспечивать повышение точности измерения. формула изобретения

1. Цифровой фазометр, содержащий первый, второй, третий и четвертый счетчики, первые и вторые групповые элементы И-ИЛИ, первый и второй формирователи, генератор импульсов, первый и второй элементы И и блок управления, при этом выход генератора импульсов соединен с первыми входаьпл первого и второго элементов И, выход второго элемента И соединен с входом второго счетчика, разрядные выходы которого соединены с первыми входами первого группового элемента И-ИЛИ, вторые входы которого соединены с разрядными выходами третьего счетчика и первыми входами второго группового элемента И-ИЛИ, выход которого соединен с входом четвертого счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введен импульсный вычитатель, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, второй— с выходом первого группового элемента И-ИЛИ, а выход — с входом третьего счетчика, при этом первый счетчик выполнен реверсивным, а входы сложения и вычитания первого счетчика соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго формирователей, третий — с выходом первого счетчика, а четвертый — с вьмадам второго счетчика, третий и четвертый выходы блока уп20545

ЭО

55 разления соединены соответственно с вторыми входами .первого и второго элементов И, пятый — с установочными входами первого, второго и третьего счетчиков, а шестой — с установочным . входом четвертого счетчика, при этом вторые входы второго группового элемента И-ИЛИ соединены с шиной установки коэффициента.

2. Цифровой фазаметр по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что блок управления содержит первый и второй

RS-триггеры, первый, второй, третий и четвертый D òðèããåðû, первый, второй и третий элементы И-НЕ, инвертор и элемент И, причем первый и второй входы блока управления соединены соответственно с S- u R-входами первого

RS-триггера, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с третьим выходом блока управления, первый вход блока управления соединен с С-входами второго, третьего и четвертого D-триггеров и с инверторам, выход котарога соединен с первыми входами первого и второго элементов И-НЕ, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами блока управления, прямой выход третьего D-тригге-ра соединен с вторыми входами элементов И и первого элемента И-НЕ, инверсный выход третьего D-триггера соединен с R-входом четвертого D-триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом второго элемента И-НЕ, четвертым выходом блока управления и первым входом третьего элемента И-НЕ, выход которого соединен с шестым выходом блока управления, при этом, четвертый вход блока управления соединен с S-входом второго RSтриггера, прямой выход которого соединен с D-входом третьего D-триггера и вторым входом третьего элемента

И-НЕ, D-вход первого и второго Dтриггеров соединены с "1", прямой выход второго D-триггера соединен с D-входом четвертого D-триггера и

R-входом первого D — триггера, С-вход которого соединен с третьим входом блока управления, а инверсный выход первого D-триггера соединен с P-входами второго RS-триггера, второго и третьего D-триггеров и с пятым выхо- дом блока управления, 1420545

Составитель il. Катанова

Техред Л.Олийнык Корректор Л.Патай

Редактор Л,Пчолинская

Тираж 772 Подписное

BIIHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

II3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 432б/51

Производственно-полиграфическое предприятие„ г. Ужгород, ул. Проектная,