Цифровой фазометр

 

зюжка

О 0 И СА Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 03»Х!.1969 (¹ 1372798/18-10) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 26.VII.1971. Бюллетень № 23

Дата опубликования описания З.IX.1971

МПК G 01г 25/02

Комитет по делам изобретений и открытий при Сввете Министров

СССР

УДК 621.3) 7.77(088.8) Авторы изобретения

А. П. Бажанов, В. В. Метальников, В. H. Лебедев, Ю. А. Князев, В. А. Крюков и Э, К. Шахов

Заявитель

ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к области цифровой электроизмерительной техники.

Известны цифровые фазометры для измерения мгновенного значения сдвига фаз с непосредственным отсчетом сдвига фаз в градусах, время измерения которых определяется периодом входной частоты и емкостью счетчика, которая задается границами частотного диапазона и требуемой точности измерения.

Недостатком подобных устройств является то, что они не пригодны для измерения сдвига фаз в случае плавного изменения частоты входных сигналов, так как на верхних частотах диапазона, начиная с определенного значения частоты, отношение времени измерения к периоду исследуемых сигналов оказывается в несколько порядков больше, чем на низких частотах диапазона, в результате чего происходит потеря информации в измерении сдвига фаз на верхних частотах измеряемого диапазона. В случае же широкого частотного диапазона исследуемых сигналов увеличивается емкость счетчиков периода, фазы и общего двоичного счетчика импульсов, что увеличивает общее число элементов фазометра.

Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что оно снабжено реверсивным счетчиком, шина сложения и счетный вход которого через схему управления соединены с одним из выходов счетчика периода, а шина вычитания и счетный вход реверсивного счетчика через ту же схему управления соединены с другим выходом счетчика периода, 5 причем, выходы триггеров реверсивного счетчика присоединены к одним входам логических схем «И», другие входы которых управляются выходами триггеров делителя частоты, а выходы логических схем «И» через схему

10 «ИЛИ» подключены к формирующему устройству.

Это позволяет повысить быстродействие в широком диапазоне частот и сократить число элементов схемы фазометра.

Блок — схема описываемого устройства представлена на чертеже.

Устройство состоит из входного формирователя 1, блока 2 управления, генератора 8 тактовой частоты, двоичного счетчика 4 им20 пульсов сдвига фаз, двоичного счетчи ка 5 периода, общего двоичного счетчика 6 импульсов, двух блоков схем «И» 7, 8, трех схем

«ИЛИ» 9 — 11, делителя 12 частоты на 360, цифрового счетчика 18 импульсов, реверсив25 ного счетчика 14, схемы управления 15 реверсивным счетчиком, логических схем «И» 16 и делателя 17 тактовой частоты.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом измерения все счетчики фа30 зометра импульсом с блока 2 управления ус310195

3 танавливаются в исходное состояние. Формирователь 1 из входных сигналов Ul и U< формируют импульсы, равные по длительности времени запаздывания (опережения) одного входного сигнала относительно другого. Длительность этих импульсов определяет время заполнения импульсами тактовой частоты счетчиков 4, 5. B результате в течение одного периода входной частоты в счетчике 4 периода фиксируется число, пропорциональное периоду измеряемой частоты, а в счетчике 5 фазы — число, пропорциональное разности фаз между входными сигналами. В течение следующего периода измеряемой частоты по команде с блока 2 управления импульсы тактовой частоты поступают на вход общего двоичного счетчика б для считывания информации, занесенной в счетчики 4, 5, импульсы тактовой частоты на счетчики 4, 5 в это время не поступ ают.

Считывание информации со счетчиков 4, 5 происходит следующим образом, Выходные уровни триггеров счетчиков 4, 5 управляют потенциальными входами блоков схем «И» 7, 8. Выходные сигналы триггеров общего двоичного счетчика б поступают на импульсные входы блоков схем «И» 7, 8. Эти сигналы формируются от отрицательных фронтов соответствующих триггеров и распределяются во времени так, что исключается возможность совпадения их при суммировании на схемах

«ИЛИ» 10, 9, С выхода схемы «ИЛИ» 10 импульсы поступают на делитель 12 частоты на

360, а с выхода схемы «ИЛИ» 9 — па цифровой счетчик !3.

3а время, в течение которого на делитель

12 поступает 360 импульсов, на цифровой счетчик 13 поступает число импульсов, пропорциональное фазовому сдвигу между входными сигналами. Импульс сброса в «0» делителя 12, поступающий на блок управления, прекращает доступ импульсов тактовой частоты на общий двоичный счетчик б, и считывание заканчивается. Цифровой счетчик 18 фиксирует результат измерения разности фаз на цифровом табло в градусах. После сброса счетчиков фазометра в «О» с началом следующего периода входной частоты, цикл измерения повторяется.

Так фазометр работает до тех пор, пока не произойдет изменение входной частоты на величину, при которой в случае уменьшения входной частоты произойдет переполнение счетчика периода импульсами тактовой частоты, а в случае увеличения входной частоты он не заполнится до половины своей емкости.

В первом случае импульс переполнения счетчика 5 через схему управления 15 заносится в реверсивный счетчик 14, предварительно установив его на сложение. Импульс с выхода реверсивного счетчика через логические схемы «И» 1б управляет работой делителя 17 так, что с последнего через те же логические схемы «И» 1б и схему «ИЛИ» 11 на заполнение счетчиков 4, 5 через формирователь 1 по5

15 г0

25 зо

65 ступает частота, вдвос меньшая по с aBIILIIIIIo с предыдущей тактовой частотои.

Так как при плавном уменьшении в.;одной частоты в течение первого периода npollcxoди г переполнение счетчика периода «ысокой тактовой частотой, заполнение этой же частотой счетчика фазы и частичное заполнение обоих счетчиков новой тактовой частотой, в два раза меньшей, чем предыдущая, то к концу измерительного периода входной частоты в счетчиках периода и фазы будет содержаться неверная информация. Считывание этой Ieверной информации в течение второго периода входной частоты по команде с блока управления запретится, одновременно с этим произойдет сброс обоих счетчиков в «О».

Со следующего периода входной частоты фазометр работает также, как в описанном выше случае до момента уменьшения входной частоты, с той лишь разницей, что sanoлнение счетчиков периода и фазы происходит уменьшенной вдвое тактовой частотой, а считывание информации — высокой тактовой частотой.

Переключение тактовой частоты в сторону уменьшения происходит по мере уменьшения входной частоты до нижнего граничного предела, после которого результат измерения пе удовлетворяет заданной точности.

Во втором случае при плавном уменьшении входной частоты наступает момент, когда счетчик 5 заполняется на величину, меньшую половины его емкости. При этом схема управления 15 выдает импульс, который поступает на реверсивный счетчик 14, предварительно установив его на вычитание.

Импульс с выхода реверсивного счетчика 14 через логические схемы «И» 1б управляет работой делителя 17 тактовой частоты так, что с последнего, через те же логические схемы

«И» 1б и схему «ИЛИ» 11 на заполнение счетчиков 4, 5 через формирователь 1 поступает частота, вдвое большая по сравнению с предыдущей тактовой частотой.

Переключение тактовой частоты реверсивным счетчиком в сторону увеличения будет происходить по мере увеличения входной частоты до величины, определяемой коэффициентом деления делителя тактовой частоты.

При дальнейшем увеличении входной частоты счетчик периода заполняется импульсами тактовой частоты на все меньшую и меньшую величину. В тот момент, когда счетчик 5 периода за один период входной частоты sallo:I;нится на величину, меньшую 360 единиц, считывание информации проводится за два и более периодов входной частоты. Верхний частотный диапазон входного сигнала при этом, также как и в любом случае измерения, определяется только величиной погрешности на высокой частоте. Выше верхнего граннчного предела входной частоты результат измерения не будет удовлетворять заданной точности.

Данная схема фазометра может работать и в случае резкого изменения входной частоты, 310195

15 сге с 1

Составитель Г. Н. Кучеренко

Текрс.< 3. ll. Тараненко Корректор О. И. Волкова

Редактор С. И, Хейфиц

Заказ 2335/14 Изд. № 974 Тирах< 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изооретсний н открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская нао., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 толы о с более сложной, чем в случае плавного изменения входной частоты, схемой управления реверсивным с етчиком.

:: редмет изобретения

Цифровой фазометр для измерения мгновенно.о значения сдвига фаз, содержащий блок управления, формирующее устройство, генератор тактовой частоты, двоичный счетчик импульсов сдвига фаз, двоичный счетчик импульсов периода, общий двоичный счетчик импульсов, два блока схем совпадения, две схемы «ИЛИ», делитель частоты на 360 и цифровой счетчик импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия в широком диапазоне частот и сокращении числа злементов схемы фазометра, он снабжен реверсивным счетчиком, шина сложения и счетпь|й гход которого через схему управления соединены с одним из выходов счетчика периода, а шина вычитания и счетный вход реверсивного счетчика через ту же схему управления соединены с другим выходом счетчика периода, причем, выходы триггеров реверсивного счетчика присоединены к одним входам логических схем «И», другие входы которых управляются выходами триггеров делителя частоты, а выходы логических схем «И» через схему «ИЛИ» подключены к формирующему устройству.