Цифровой фазометр-частотомер

 

Изобретение служит для повышения быстродействия и точности измерения фазового сдвига. Фазометр-частотомер работает по принципу преобразования сдвига фаз (или периода) в интервал времени с помощью формирователей 1 и 7 импульсов и триггера 8. Далее интервал времени преобразуется с помощью двоичных счетчиков 3 и 10 и генератора 4 фиксированной частоты в код. Последний затем преобразуется в сопротивление цифроаналоговыми преобразователями (ЦАП) 6 и 12. Полученные на выходе ЦАП 6 и 12 сопротивления входят в состав мостовой измерительной схемы, в которую входят также весовые резисторы 13, 14, 16 и входное сопротивление аналого-цифро- . вого преобразователя (АЦП) 19. Весовые резисторы 13, 14 и 16 подключаются в разной комбинации в аависимости от измеряемого параметра (фаза, частота ) . В диагоналях моста включены источник 15 опорного напряжения и компаратор 17. Выходной сигнал последнего управляет состоянием АЦП 19. В результате автоматической балансировки моста -выходной код АЦП 19 дает значение фазы или частоты Введенные , линия 2 задержки, коммутаторы 5 и 11 и двоичный счетчик 10 обеспечивают одновременное измерение как периода, так и фазового сдвига. Это.также упрощает схему кoм yтaции. и, следовательно , уменьшает ошибку измерения. На чертеже показаны также элемент ИЛИ 9 и «аналоговые ключи 18 и 20. 1 ил. (О (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (s)) 4 Г 01 R 25/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4206537/24-21 (22) 06.03.87 (46) 15. 10.88. Бюл. К 38 (71) Ижевский механический институт (72) В.В.Хворенков, А.Г.Прозоров и С.В.Лощенов (53) 621.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 805199, кл. G 01 R 25/08, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1173342, кл. С 01 R 25/08, .1983. (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР-ЧАСТОТОМЕР (57) Изобретение служит для повышения быстродействия и точности измерения фазового сдвига. Фазометр-частотомер работает по принципу преобразования сдвига фаз (или периода) в интервал времени с помощью формирователей 1 и

7 импульсов и триггера 8. Далее интервал времени преобразуется с помощью двоичных счетчиков 3 и 10 и генератора 4 фиксированной частоты в код. Последний затем преобразуется в сопротивление цифроаналоговыми

„„Я0„„1430907 А1 преобразователями (ЦАП) 6 и 12. Полученные на выходе ЦАП 6 и 12 сопративпения входят в состав мостовой измерительной схемы, в которую входят также весовые резисторы 13, 14, 16 и входное сопротивление аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 19. Весовые резисторы 13, 14 и 16 подключаются в разной комбинации в зависимости от измеряемого параметра (фаза, частота). В диагоналях моста включены источник 15 опорного напряжения и компаратор 17. Выходной сигнал последнего управляет состоянием АЦП 19. В результате автоматической балансировки моста .выходной код АЦП 19 дает значение фазы или частоты. Введенные линия 2 задержки, коммутаторы 5 и 11 и двоичный счетчик 10 обеспечивают одновременное измерение как периода, так и фазового сдвига. Это,также упрощает схему коммутации.и, следовательно, уменьшает ошибку измерения .

На чертеже показаны также элемент

ИЛИ 9 и аналоговые ключи 18 и 20.

1 ил.

1430907

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения сдвига фаз и частоты исследуемого сигнала в wBpoком диапазоне частот.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности устройства за счет повышения частоты измерений исследуемого сигнала. 10

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Первый .канал содержит первый фор мирователь 1 импульсов, выходом соединенный с входом линии 2 задержки, 15 выход которой подключен к первому входу первого двоичного счетчика 3, вторым входом соединенного с первым выходом генератора 4 фиксированной частоты, а выходом — с кодовым входом20 коммутатора 5, другой вход которого связан с выходом формирователя 1 а выход - с кодовым входом первого цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 6.

Второй канал включает в себя вто- 25 рой формирователь 7 импульсов, триггер 8. нулевой вход которого соединен с выходом первого формирователя 1, а единич:ый вход - с выходом второго форьа рователя 7, элемент ИЛИ 9, к 30 первому входу которого подключен выход линии 2 задержки, а к Второму входу - выход григгера 8. Выход элемента ИЛИ 9 соединен с первым входом второго двоичного счетчика 10„ кодо вый вход которого соединен с вторым выходом генератора 4 фиксированной частоты. Кодовый выход второго двоичкого счетчика 10 поцключен к кодовому входу коммутатора 11, другой вход 4 которого соединен с выходом формирователя 7„ а выход с кодовым входом второго ЦАП 12.

Измерительная часть устройства содержит первый ЦАЛ 6, пержй выход ко- 45 торого соединен с первыми клеммами первого 13 и второго 14 весовых резисторов и первой клеммой источника

15 опорного напряжения. Второй выход первого ПАП 6 соединен с первым выходом второго 19П 12, первой клеммой третьего весового резистора 16 и первым входом компаратора 17. Второй вход компаратора 17 подключен-к выходу первого аналогового ключа 18 и первому входу декодирующей сетки ана55 лого-цифрового преобразователя (АЦП)

19. Первый и второй входы аналогового ключа 18 соединены с вторыми клеммами первого 13 и второго 14 весовых резисторов соответственно, управляющий вход соединен с выходом АЦП 19 и управлякицим входом второго аналогового ключа 20, первый и второй входы которого подключены к второму выходу второго ЦАП 12 и второй клемме третьего весового резистора 16, а выход - к второму входу декодирующей сетки АЦП 19 и второй клемме источника f 5 опорного напряжения. Второй вход АЦП 19 соединен с выходом первого формирователя 1, первый вход — с выходом компаратора 17, а кодовый выход является выходом устройства.

Принцип работы устройства основан на преобразовании измеряемой разности фаз у и частоты исследуемого сигнаХ л ла во временные интервалы i „и Т„, которые заполняются импульсами генератора фиксированной частоты, а полученные коды чисел и и И цифроаналоговыми преобразователями преобразуются в величины сопротивлений плеч мостовой схемы. Выбор весовых резисторов (К, и R „= К, ) и коэффициентов градусной и частотной шкал АЦП производится иэ следующих соотношений.

Первый цикл измерений — измерение сдвига фаз. Баланс моста имеет вид:

КАКA 19 ККи 12 К» КЦ4<6 э

ККи 6 К91 э

Ккда <2 К з1 п

КдКп >9 = К з1 ш где R „- величина сопротивления мпадшего разряда АЦП и ЦАП, m - код числа АЦП при измерении („, n - код импульсов за интервал

" э

N — код импульсов за интервал Т„.

К и К» и

К m -=------- =-К

К И К

91

Ч„= -" 360 .

Если сдвиг фаз равен 0 или 360, т.е. ц 360, то --= 1, тогда

О и

Rç, m = R„„,причем m 360, R»= R р, 360.

Второй этап измерений - измерение частоты. Уравнение баланса имеет вид:

R« R«R«

R °

Крмб Кэ1

1430907

Учитывая, что N =. Т„, где Т„- период измеряемого сигнала, уравнение имеет вид:

М = R /R

З1 4 Т 5 где М вЂ” код числа АЦП при измерении частоть1, - период следования импульсов генератора фиксированной частоты.

R2

31

Приняв К =, получают

14

) 2

К, R 15

"4 К t Я

Когда К = 1, 10..., получают значения R для различных масштабов измерения частоты.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания двоичные счетчики 3 и 10, ЦАП 6 и 12, декодирующая сетка АЦП 19 и триггер 8 устанавливаются в нулевое состояние. Импульсы, вырабатываемые генератором фиксированной частоты, двоичными счетчиками не считаются, так как нет разрешающего импульса с формировате» ля 1. Аналоговые ключи 18 и 20 включены так, что в плечи мостовой измерительной цепи включены АЦП 19, ЦАП

12 и 6, весовой резистор 13. Исследуемые сигналы характеризуются одинаковой частотой f и некоторым сдвигом фаз

АЦП 19 тоже нулевой уровень. Одновременно импульс поступает на нулевой вход триггера 8, на выходе которого устанавливается "0". Этот же импульс с выхода формирователя 1 поступает на вход линии 2 задержки, с выхода которой идет на вход установки в "0" двоичного счетчика 3 и на первый вход элемента ИЛИ 9, а затем на вход установки в "0" двоичного счетчика 10, Оба счетчика 3 и 10 обнуля- 55 ются и начинают считать импульсы, поступающие на них с генератора 4 фиксированной частоты. Импульс с выхода формирователя 1, минуя линию 2 задержки, поступает на вход коммутатора

5, открывает его, но двоичный счетчик 3 к этому времени еще не открыт, т.е. íà его выходе присутствует нулевой код, который переписывается через коммутатор 5 на ЦАП 6.

При переходе исследуемого сигнала, подаваемого на вход формирователя 7, из отрицательной области в положительную формирователь 7 вырабатывает импульс. Этот импульс поступает на первый вход коммутатора 11, открывает с его, и код импульсов и со счетчика

1О, пропорциональный сдвигу фаз, переписывается в ЦАП 12, где преобразуется в соответствующее сопротивление.

Одновременно импульс с выхода формирователя 7 поступает на единичный вход триггера 8, на выходе которого устанавливается уровень "1". Этот уровень через элемент ИЛИ 9 поступает на вход счетчика 10, обнуляет его и поддерживает такое состояние до тех пор, пока на нулевой вход триггера 8 не поступает импульс с формирователя который означает конец первого и начало второго периодов исследуемого . сигнала. Этот импульс открывает коммутатор 5, код импульсов N; пропорциональный периоду исследуемого сигнала, переписывается из счетчика 3 в ПАП 6, где преобразуется в пропорщюнальное ему сопротивление. Этот же импульс обнуляет счетчики 3 и 10 и их к новому счету. Одновременно импульс поступает на АЦП 19 и запускает его. АЦП 19 начинает уравновешивать плечи мостовой схемы. По окончании уравновешивания компаратор 17 вырабатывает на выходе импульс, который поступает на первый вход АЦП 19, фиксирующий на своем кодовом выходе код числа, соответствующий сдвигу фаз.

Затем AIgI 19 на другом своем выходевырабатывает импульс, который перебрасывает аналоговые ключи 18 и 20 во второе состояние, когда в плечи мостовой схемы включены АЦП 19, весовой резистор 16, ЦАП Ь и весовой резистор 14. Такая цепь позволяет измерять частоту исследуемого сигнала.

После того, как схема уравновешена, компаратор 17 вырабатывает импульс, поступающий на вход АЦП 19, который фиксирует на своем кодовом выходе код числа, соответствующий частоте

1430907 в исходное состояние.

Повьш1ение ЧHcт ты из fppeний иссле

СОставитель Ю,Макаревич

Техред И.Дидык Корректор С.ЧеРни

Редактор Л.Пчолинскяя

Заказ 53 39/4В Т«HP Я„т ПОДПИСНОЕ

ВНИИГИ Государственного комитета СССР по« делЯм изобретений и Отквытий

113035, Москва, П-35,, Раушскяя наб,, д. 4/5

Ироиэводственно-полиграфическое предприятие, f . Ужгород, ул. Проеь сная, 4 исследуемогO сигналя, а на другом Выходе формтарует импульс, который перебрасывает аналоговые ключи 18 и 20 дуемого сигнала,, приводит к повышению быстродействия и точности.

iO

Формула изобретения

Цифровой фазометр-частотомер, содержащий первый и Второй формироватеЛИ ИМПУЛЬСОВ „- ТРИГГЕР q, В>i ОД КОТОРОГО 1 я

СОЕДИНЕН С ВЬГХОттОМ ПЕРВОГО фОРМИРОВателя импульсов, двоичный счетчик., счет -ibffl ВхОU которого соецн вен с Выхоцом "åíåðàòîðà фиксированной частоты, первый резистивный цифроаналого"., «Вый преобразовате ib,, первьй вь1хОД "0 тОРОГО СОЕДИНЕН С ПЕРВЬЯ1т1 КЛЕЬ;МЯМИ первого и второго весовых резисторов и первой клеммой источника опорного напряжения,, а втОРОЙ Вьгход сОединен с первым выходом второго резистивнсгс цифроаналогового преобразователя, первой клеммой третьего Весового резистора и пе вым Входом компяратора., первый а нал 0 ГО Г«ьь.1 ключ fIep H bi i.i li B второй входь1 которого соединены сооТ

ВЕTСТВЕННО С. ВТОРЬГ«»«И IUIЕМ«МЯЬ»И ПЕт" if 0» O и второго Весовых резисторов,, я Вы-ХОД С ОЕДтп1Е Н С . 3 TOPbiМ ВХСЦОМ КОМП Яв Я - тОра и первым Бхоцом резястивнОЙ де кОдирующеЙ сетки анялОГО""цифрОВОГО преобразователя, Я управляющий Вход первого аналогового ключа соединен с управляющим входом ". Hàëoão-цифрового преобразователя и управляющим входом

«»0

BTOPOI О ЯНЛЛО СВОГО КЛ10ЧЯ р ПЕРВЫЙ и второй входы BTApoI0 аналогового клю.

ЧЯ CОP»ÄИНPНЫ СОО « ВЕТСТВЕHl!О С ВТОРЬ1Ьl выходом второго р зистивноi о цифро аналогового преобразователя и с второй. Клеммой третьего весового резистора., а выход ключа соединен с вторым входом декодирующей сетки аналогоцифрового преобразователя и второй клеммой истс>чника опорного напряжения, первый вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом компаpaT0pa, а кодовьй выход а11алого-цифрового преобразователя является выходом фазометра-частотомера, о т л и чающийся тем, что с целью ! повышения быстродействия и точности измерений, В него введен второй двои 1нь и счетчик, два коммутатора, элемент ИЛИ и линия эадержки, вход которой соединен с выходом первого формирователя импульсов, я выход — с первььм входом гервого двоичного счетчика и первым входом элемента ИЛИ, единичный вход триггера соединен с выходом второго формироватсля импульсов, я выход — т вторьы входам элемента

>U5 выход которого подключен к первому входу второго двоичного счетчика, счетнь1Й вход которогс соединен с выходом г" нератора фиксированной частоты, а выход - C. кодовым входом вторсго коммутатора, первый ВКОд кОтО рого соединсн с выходом второго формирователя им11ульсов., а выход — с входом второго резистивно1-о цифроанаЛОГОВОГO ПРЕЛОРЯ. ;»тВЯТЕЛЯ. КОДОВЬ1Й

Вход первого ко-кутаторя соединен с

Выходом первого двои--.ного счетчика, первый вход первсго коттмутатора соединен с вьг:одом первого формирователя иь1пульсов, а вьО :.:,д - с входом первого резистивного;тайроаналогового преобра;.Ователя, причем вьгход первого форМИРОВатЕЛЯ И."- ..тп:-.СОВ ПОДКЛЮЧЕН К ВтОраму эхолоту а;.алого- цифрового преобразователя