Цифровой фазометр

 

Изобретение может быть использовано для измерения сдвига фаз между опорным и флуктуирующим измерительным сигналом той же частоты, например, при измерениях угловых координат. Цель изобретения - повышение надежности работы, расширение диапазона частот и флуктуации измерительного сигнала. Устройство содержит формирователи 1 и 2 импульсов, элементы И 3 и 11, триггеры 4 и 9 уп равления, делители 5 и 12 частоты, , блоки 6-8 выделения временных сдвигов , счетчик 10 числа измерений, элементы ИЛИ 13 и 14, реверсивный счетчик 15 и генератор 16 квантующих импульсов. Цель достигается формированием(трех импульсных последовательностей из измерительного и опорного сигналов, дополнительным сдвигом измерительных импульсных последовательностей на период опорного сигнала, измерением временных г сдвигов между попарными опорной и измерительными импульсными последовательностями и накоплением результатов измерения всех трех каналов. 1 з.п. - ф-лы, 3 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

091 (111

А1 (gg)g G 0t R 25/ОО

ПРИ ГННТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

К АSTOPCHÎMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4405211/21 (22) . 06. 04. 88 (46) 30.03.91. Бюл. Р 12 (72) В.Е.Тетерятников и Л.И.Найденова .(53) 621.317.77(088.8) (5e) Авторское свидетельство СССР и - 1112309, кл. G 01 R 25/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

В 1118935,. кл. G 01 R 25/00, -1983. (54) 11ИФРОВОЙ ФАВОМЕТР (57) Изобретение может быть использовано для измерения сдвига фаз между опорным и флуктуирующим измерительным сигналом той же частоты, например, при иэмерениях угловых координат.. Цель изобретения — повышение надежности работы, расширение диапазона частот и флуктуации измерительного сигнала. Устройство со2 держит формирователи 1 и 2 импульсов, элементы Н 3 и 11, триггеры 4 и 9 управления, делители 5 и 12 частоты, блоки 6-8 выделения временных сдвигов, счетчик 10 числа измерений, элементы ИЛИ 13 и 14, реверсивный счетчик 15 и генератор 16 квантующих импульсов. Цель достигается формированием трех импульсных последовательностей из измерительного и опорного сигналов, дополнительным сдвигом измерительных импульсных последовательностей на период опорного сигнала, измерением временных сдвигов между попарными опорной н измерительными импульсными последовательностями и накоплением результатов измерения всех трех каналов. 1 з.п. ф-лы, 3 нл.

1638654

40

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения сдвига фаз между опорным и флуктуирующим измерительным сигналом той же частоты и может исполь зоваться, например, при измерении угловых координат.

Целью изобретения является повышение надежности работы, расширение диапазона частот и флуктуации измерительного сигнала.

На фиг. 1 изображена структурная схема цифрового фазометра; на фиг.2блок-схема блока выделения временных,сдвигов на фиг. 3 — временные диаграммы работы цифрового фазометра.

Цифровой фазометр содержит первый 1 и второй 2 формирователи импульсов, первый элемент И 3, первый триггер 4 управления,.первый делитель 5 частоты, первый 6, нтарай 7 и третий 8 блоки выделения временных сдвигов, второй триггер 9 управления, счетчик 10 числа измерений, второй элемент И 11, второй делитель 12 частоты, первый 13 и второй 14 элементы ИЛИ, реверсивный счетчик 15 и генератор 16 квантующих импульсов.

Каждый из блоков 6, 7 и 8 выделения временных сдвигов содержит тригf гер 17, триггер 18, первый элемент

И-НЕ 19 и второй элемент И-HE 20.

Вход первого формирователя 1 импульсов соединен с опорным входом устройства, а вход второго формирователя 2 импульсов — с измерительным входом устройства, причем Bbl ход первого формирователя 1 импульсов соединен с первым входом первого элемента И 3, второй вход которога соединен с выходом первого триггера 4 управления, а выход первого элемента И 3 соединен с входом первого делителя 5 частоты, первый выход которого соединен с первым входом первого блока 6 выделения временных сдвигов и вторым входом третьего блока 8 выделения временных сдвигов. Второй выход первого делителя 5 частоты соединен с первым входом второго блока 7 выпеления временных сдвигов, вторым входом первого блока 6 вйделения временных сдвигов и единичным входом второго триггера 9 управления. Третий выход первого целителя 5 часто10

30 ты соединен с первым входом третьего, блока 8 выделения временных сдвигов, вторым входом второго блока 7 выделения временных сдвигов и входом счетчика 10 числа измерений, выход которого соединен с R-входами первого 4 второго 9 триггеров управления. Выход второго формирователя 2 импульсов соединен с первым входом второго элемента И 11, второй вход которого соединен с выходом второго триггера 9 управления. Второй R-вход триггера 9 соедине1 са сбросовым входом первого делителя 5 частоты, единичным входом первого триггера 4 управления, са сбросовым входом второго делителя 12 частоты, со сбросовым входам реверсивного счетчика 15 и входом "Пуск" устройства. Первый, вто.рой и третий выходы второго делителя 12 частоты соединены с третьими входами соответственно первого 6, второго 7 и третьего 8 блоков выделения временных сдвигов. Первые выхалы 6, 7 и 8 выделения временных спгигав соединены с входами первого элемента

ИЛИ 13, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика 15, а вторые выходы блоков 6, 7 и 8 выделения временных сдвигов соединены с входами второго элемента

ИЛИ 14, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика 15. Выход генератора 16 вантующих импульсов соединен с четвертыми входами блоков 6, 7 и 8 выделения временных сдвигов.

Каждый из блоков 6, 7 и 8 выделения временных сдвигов содержит триг. геры 17 и 18 и элементы И-НЕ 19 и 20, причем первый вход 21 блока соединен с S-входами триггеров 17 и 18, второй вход 22 — с R-входом триггера

17, инверсный выход которого соеди-. нен с первым входом элемента И-HE

19, а прямой выход — с первым .входом элемента И-НЕ 20, третий вход 23 блока соединен с R-входом триггера 18, инверсный выход которого соединен с вторым входом элемента И-HE 20, а прямой выход — с вторым входом элемента И-HE 19, .четвертый вход 24 блока срединен с третьими входами элементов И-НЕ 19 и 20, выходы которых соответственна являются первым и вторым выходами блока.

1638654

На фиг. 3 обозначены: сигнал, поступающий на вход

"Пуск", импульсы на выходе первого формирователя 1 импульсов, импульсы на выходе второго формирователя 2 импульсов,, Д, Т вЂ” импульсы на первом, втором и третьем выходах первого делителя 5 частоты;

),N, ) — импульсы на первом втором и третьем выходах второго делителя 1? частоты, p,ц, q) — импульсы временных интервалов на прямом выходе первого триггера 17 первого б, второго 7 и третьего 8 блоков выделения временных сдвигов;

Ж,П, Х вЂ импульсы временных интервалов на прямом выходе второго триггера 18 первого 6, второго 7 и третr, его 8 блоков выделения временных сдвигов, И,(Ц вЂ” пакеты квантующих импульсов на первом выходе первого 6, второго 7 и третьего 8 блоков выделения временных сдвигов;

К,C,Ö вЂ” пакеты квантуюцих импульсов на втором входе первого 6, второго 7 и третьего 8 блоков выделения временных сдвигов.

Цифровой фазометр работает следуют(им образом, Входные сигналы <.ерез опорный и измерительный входы фазометра (фиг.1 поступают на входы первого и второго формирователей 1 и ? импульсов, на выходах которых формируются им пульсные последовательности (фиг. ЗЕ,5) .

Сигналом Пуск" (фиг. Зц) производится установка в исходное нулевое состояние первого и второго делителей 5 и 12 частоты на три, второго триггера 9 управления, реверсивного счетчика 15 и в единичное состояние первого триггера 4 управления, который разрешает прохождение через первый элемент И 3 импульсов (фиг.Зb) опорного сигнала на вход первого делителя 5 частоты, на трех выходах которого формируются импульсные последовательности (фиг.32,Л, r), сдвинутые друг относительно друга на период входного сигнала.

Второй после сигнала "Пуск 1 импульс опорного сигнала, снимаемый с второго выхода первого делителя 5 частоты, устанавливает второй триггер 9 управления в единичное состояние и разрешает прохождение измерительных импульсов (фиг. 3 5) на вход второго делителя 12 частоты. На трех

10 выходах второго делителя 12 частоты формируются импульсные последовательности (фиг.3),y,ф), сдвинутые друг относительно друга на период входного сигнала. Каждая импульсная по15 следовательность дополнительно сдвинута на период опорного сигнала относительно импу. > сных последовательностей (h r.32,5,T), формируемых на одноименных выходах первого делителя 5 частоты, т.е. введен дополнительный фазовый сдвиг, равный периоду опорного сигнала, вследствие чего исключается совпадение импульсов опорного и измерительного сигналов при флуктуации измерительо ного сигнала в пределах +360

Измерение фазового сдвига между опорным и измерительным сигналами производится между нмпульсными последовательностями, снимаемыми с одноименных выходов первого и второго делителей 5 и 12 частоты, в которых истинный фазовый сдвиг отличается от измеренного на 36П . Для исключения

35 этого дополнительного сдвига формируются вспомогательные временные интервалы, равные периоду опорного сигнала, начала которых совпадают с началом временного сдвига между опор40 ным и измерительным сигналами .поделенной частоты.

Формирование временных сдвигов между импульсными последовательностями поделенной частоты и исключение до45 полнительного сдвига производится

- блоками 6,. 7 и 8 выделения временных сдвигов.

Работа блоков 6, 7 и 8 выделения времеиных сдвигов идентична.Рассмот5О рим работу первого блока 6 выделения временных сдвигов.

На первый вход 21 блока (фиг.2) с первого выхода первого делителя 5 частоты поступает опорная импульсная последовательность (фиг.323 поделенной частоты, импульсы которой устанавливают триггеры 17 и 18 в единичное состояние, формируя начала вре.1 6386 54 менных интервалов (фиг. 38,40 в момент времени t<.На второй вход 22

В блока с второго, выхода делителя 5 частоты поступает импульсная последовательность (фиг.З,Ь), сдвинутая

5. на один период опорного сигнала неделенной частоты, и устанавливает первый триггер 17 в исходное состояние, формируя конец вспомогательного интервала (момент t.).

Следующий измерительный импульс (фиг.3 о), пройдя через третий вход

23 первого блока 6, в момент устанавливает второй триггер 18 в 15 нулевое состояние, формируя конец временного сдвига.

Таким образом, на выходах триггеров 17 и 18 формируются временные интервалы, начала которых строго сов- 20 падают по времени, а длительности этих интервалов соответственно равны периоду опорного сигнала и периоду опорного сигнала плюс истинный временной сдвиг между опорным и измерительным сигналами неделенной частоты.

Выделение истинного временного сдвига и формирование пакетов квантующих импульсов производится элементами И-HE 19 и 20. 30

При положительном сдвиге фаз конец временного интервала (фиг.З,Ж, момент t>) задержан относительно конца временного интервала (фиг.3,6, момент t ) на величину времени сдвига

t — t> между опорным и измерительным импульсами неделенной частоты. В этом случае на первом и втором входах элемента И-НЕ 19 высокие уровни напряжений, снимаемые с инверсного выхода 40 триггера 17 (фиг.Зе) и прямого выхода триггера 18 (фиг.Зк), перекрываются и на выходе элемента И-HF. 19 формируется пакет квантующих импульсов низкого уровня напряжения, которые через 45 первый выход блока б и первый элемент

ИЛИ 13 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 15.

При отрицательном сдвиге фаз конец временного интервала (фиг.З,ж, момент

t4) опережает конец временного интервала (фиг. Зе, момент t ) на величину временного сдвига между измерительным и опорным импульсами неделенной частоты. В этом

55 случае на первом и втором входах элемента И-HF. 20 высокие уровни напряжения, снимаемые с. прямого выхода первого триггера 17 (фиг.З,e) и инверсного выхода второго триггера

18 (фиг.Зж), перекрываются и на выходе элемента И-HF. 20 формируется пакет квантующих импульсов низкого уровня напряжения, которые через второй выход блока 6 и второй элемент ИЛИ 14 поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 15.

Аналогично работают второй 7 (фиг.ЗА,М,И,п, p,ñ) и третий 8 блоки (фиг.Зт,q,<р, Х,irÄ 9), сформированные пакеты квантующих импульсов которых через вторые и третьи входы элементов ИЛИ 13 и 14 поступают на входы реверсивного счетчика 15.

Таким образом, на выходе цифрового фазометра в виде двоичного кода формируется накопленная за мерный интервал времени сумма квантующих импульсов, определяющих сумму временных сдвигов между опорным и измерительным сигналами неделенной частоты.

Мерный интервал времени определяется количеством периодов опорного сигнала поделенной частоты, сосчитаиных счетчиком 10 числа измерений, импульс переполнения которого является концом мерного интервала времени и возвращает в исходное состояние триггеры 4 и 9 управления, которые запрещают прохождение опорных и измерительных импульсов через первый и второй элементы И 3 и 11 до следующего появления сигнала "Пуск11, Знак результирующего числа определяется суммой чисел, полученных при положительных и отрицательных сдвигах фаз.

При преобладании суммы чисел отрицательного значения реверсивный счетчик 15 переходит через нулевое состояние и его двоичный код изменяется от большего числа к меньшему и старший знаковый разряд принимает единичное состояние, что является сигналом съема информации с инверсных выходов разрядов числовой, части реверсивного счетчика 15.

При преобладании суммы чисел положительного значения старший знаковый разряд находится в нулевом состоянии и информация в этом случае выдается с.прямых выходов разрядов числовой части реверсивного счетчика 15.

Цифровой фазометр за счет исключения совпадения опорного и измеритель1638654 ного сигналов путем деления на три частоты входных сигналов, формирования трех каналов попарных импульсных последовательностей, сдвига измерительных импульсных последовательностей на один период опорного сигнала относительно одноименной опорной импульсной последовательности, измерения временных сдвигов между попар- 10 ными опорной и измерительной импульсными последовательностями и накопления результатов измерений всех трех каналов обеспечивает надежную работу вблизи нулевого фазового спвига и 15 .высокую точность измерений в широком диапазоне частот при флуктуации фазы о измеряемого сигнала в пределах +180

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 20 .1 ° Цифровой фазометр, содержащий два формирователя импульсов, входы которых соединены соответственно с опорным и измерительным вхопами устройствами, два делителя частоты, два триггера управления, два элемента И, два элемента ИЛИ, счетчик числа измерений, реверсивный счетчик и генератор квантующих импульсов, о т- 30 л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности работы и расширения диапазона частот и флуктуации измеряемого сигнала, введены три блока выделения временных сдвигов; при этом выход первого формирователя импульсов соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого триггера управления, а выход 40 первого элемента И соединен с входом первого делителя частоты, первый выход которого соединен с первым входом первого блока выделения временных сдвигов, с втоРым входом третьего 45 блока выделения временных сдвигов, второй выход первого делителя частоты соединен с первым входам второго блока выделения временных сдвигов, с вторым входом первого блока выделения временных сдвигов и с входом установки единицы второго триггера уп" равления, третий выход первого делителя частоты соединен с первым входом третьего блока, с вторым входом второго блока и с входом счетчика числа измерений, выход которого соединен с входами установки нупя первого и второго триггеров управления, выход второго формирователя импульсов соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго триггера управления, второй вход установки нуля которого соединен со сбросовым входом первого н второго делителей частоты, с входом установки единицы первого триггера управления, со сбросовым входом реверсивного счетчика, с входом "Пуск" устройства, первый, второй и третий вьжодbI второго делителя частоты соединены с третьими входами соответственно первого, второго и третьего блоков выделения временных сдвигов, первые выходы которых соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, а вторые выходы блоков выделения временных интервалов соединены с входами второго элемента

ИЛИ, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, выход генератора квантующих импульсов соединен с четвертыми входами трех блоков выделения временных интервалов.

2. Фазометр по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что каждый блок выделения временных сдвигoB содержит третий и четвертый триггеры и первый и второй элементы И-НЕ, причем первый вход блока выделения временных сдвигов соединен с входами установки единицы третьего и четвертого триггеров, второй вход блока соединен с входом установки нуля третьего триггера, инверсный выход которого соединен с первым входом первого элемента И-НЕ, а прямой с первым входом второго элемента

И-НЕ, третий вход блока выделения временных интервалов соединен с входом.установки нуля четвертого триггера, инверсный выход которого соединен с вторым входом второго элемента И-НЕ, а прямой выход — с вторым входом первого элемента И-НЕ, четвертый вход блока выделения временных интервалов соединен с третьими входами первого и второго элементов И-HF., выходы которых соответственно являются первым и вторым выходами блока выделения временных интервалов.

1638654

Составитель M.ÊàòàíîBà

Техреду А.Кравчук, Корректор C,Ùåêìàð

Редактор A.Ëåÿíèíà

Подписное

Заказ 926 Тираж 414

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб °, д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101