Цифровой фазометр

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<1>789893 (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 1502.79 (21) 2725218/18-21 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Опубликовано 2312.80. Бюллетень Мо 47

Дата опубликования описания 23. 12. 80 (51) М. Кл.

G 01 R 25/08

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 621. 317..77(088.8) (72) Автор изобретения

А.С. Глинченко (71) Заявитель

Красноярский политехнический институт (54) ЦИФРОВОИ ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для построения широкодиапазонных цифровых фазометров с измерением за период сигнала.

Известен цифровой фазометр с измерением эа период сигнала, основанный на преобразовании сдвига фаз в интервал времени и последующем заполнении интервала квантующими импульсами, полученными путем умножения частоты сигнала в 36 10 или

18 ° 10" раз (где n — целые числа),содержащий умножители с автоподстройкой частоты квантующего генератора и делитель частоты в цепи обратной связи $1j .

Однако, этот цифровой фазометр имеет ограниченный диапазон рабочих частот, определяемый пределами перестройки генератора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой фаэометр, содержащий формирующие устройства, последовательно соединенные управляемый триггер, блок автоматики, индикаторный счетчик и блок формирования частоты квантования, кратной частоте сигнала, содержащий также подстраиваемый генератор, делитель частоты и элемент автоподстройки частоты, входы которого связаны с выходами одного из формирующих устройств и делите5 ля частоты, а выход — с управляющим входом подстраиваемого генератора, выход которого подключен ко входу делителя частоты и блока автоматики (21 . l0 Однако частота подстраиваемого генератора в установившемся режиме равна fp = KFc> где К = 36 ° 10" или

18 10" и определяется коэффициентом деления делителя частоты в цепи

15 обратной связи кольца автоподстройки частоты. Диапазон рабочих частот такого фазометра, перекрываемый без каких-либо коммутаций,составляет Г = gfp /К, где g f> — пре20 делы перестройки частоты подстраиваемого генератора. Кроме того,такому фазометру свойственно большое время прохождения в синхронизм перед началом измерения.

25 Цель изобретения — расширение диапазона рабочих частот и повышение быстродействия.

Эта цель достигается тем, что в цифровой фазометр, содержащий

30 входные формирователи, подключен789893 ные своими выходами к последовательно соединенным управляемому триггеру, блоку автоматики и ин— дикаторному счетчику, а также подстраиваемый генератор, делитель час— тоты и элемент автоподстройки частоты, входы которого связаны с выходами второго входного формирователя и делителя частоты, а выход — с управляющим входом подстраиваемого генератора, введены узел цифрового умножения частоты, содержащий блок 0 формирования управляющих импульсов, вход которого связан с выходом второго входного формирователя, последовательно соединенные счетчик,регистр памяти и элемент сравнения ко- f5 дов, подсоединенный выходом к блоку автоматики и входу делителя частоты, а также первый дополнительный делитель частоты, подключенный выходом ко входу счетчика, и второй допол- о нительный делитель частоты, выходы разрядов которого подключены ко входам элемента сравнения кодов, а вход "сброс" — к выходу элемента сравнения кодов, при этом входы обоих дополнительных делителей частоты связаны с выходом подстраиваемого генератора, а выходы блока формирования управляющих импульсбв подключены ко входу "запись" регистра памяти и входам "сброс" счетчика и 30 всех делителей частоты, также введен блок контроля и управления режимом, подключенный входом к выходу элемента автоподстройки частоты, а выходами — к управляющему входу 35 элемента автоподстройки частоты и блоку формирования управляющих импульсов.

На фиг. 1 приведена структурная схема цифрового фазометра;на фиг.2 — 40 временные диаграммы работы.

Цифровой фазометр содержит входные формирователи 1 и 2, соединенные управляемый триггер 3, блок 4 автоматики и индикаторный счетчик 5, блок 6 формирования управляющих импульсов, счетчик 7, регистр 8 памяти и элемент 9 сравнения кодов, первый 10 и второй 11 дополнительные .делители частоты и подстраиваемый gp генератор 12, элемент 13 автоподстройки частоты, делитель 14 частоты, а также блок 15 контроля и управления режимом.

Цифровой фаэометр работает следующим образом.

В работе данного устройства можно выделить два режима — режим захвата и режим слежения, Рассмотрим работу устройства в режиме захвата, Импульсом начала первого периода 40 сигнала запускается блок 6, сбраЛивающий счетчик 7 и делители 10, 11, 14 частоты в нулевое состояние. С помощью делителя 10 частоты с коэффициентом деления К и счетчика 7 осу- g5 шествляется преобразование периода выходного сигнала в код q, равный целой части отношения. периода сигнала Тс к умноженному в К раз периоду частоты подстраиваемого генератора с„= 1/fz: q = j Тс /с„К). Этот код соответствует числу импульсов частоты f„ /К, подсчитанных счетчиком 7 за период сигнала. Импульсом начала второго периода это число записывается в регистр 8 памяти и в дальнейшем не изменяется. Одновременно прекращается поступление импульсов сброса с блока б на делители

11 и 14 частоты. Далее код регистра

8 памяти сравнивается с текущим кодом делителя 11 частоты и в момент их равенства на выходе элемента 9 сравнения кодов формируется импульс, снова сбрасывающий делитель 11 частоты в "0". Этот процесс идет циклически, в результате чего на выходе элемента 9 сравнения кодов за период сигнала появляется число импульсов, равное целой части отношения

| Тс/цс„), близкое к величине К.Эти импульсы делятся по частоте в К раз делителем 14 частоты. В результате, начиная со второго периода сигнала,на входы элемента 13 автоподстройки частоты с выхода формирователя 2 и делителя 14 частоты поступают близкие по частоте сигналы, лежащие в полосе захвата этого элемента.. При этом на выходе 13 автоподстройки частоты образуется соответствующее управляющее напряжение, которое подается на управляющий вход генератора 12.Под действием управляющего напряжения частота генератора уменьшается на величину g f g q KF, где д q — знас чение дробной части отношения периода сигнала к начальному периоду частоты задающего генератора gq = (g/t„ К}, изменяющееся в пределах от "0" до "1".

Установившееся значение частоты

1 генератора fr = fr - /fan при этом

I кратно частоте сигнала f< = qKF, а частота импульсов на выходе элемента сравнения 9 кодов точно равна ь х

Частота генератора 12 в данном фазометре всегда находится в пределах полосы захвата элемента 13 автоподстройки частоты, независимо от частоты входного сигнала. Это существенно сокращает время подготовки прибора к работе и обеспечивает автоматическое измерение сдвига фаэ в широком диапазоне частот.

Рассмотрим работу устройства в режиме слежения за частотой сигнала.

При этом код q, записанный в регистре 8 памяти, остается неизменным и частота генератора 12 изменяется пропорционально частоте сигнала,, АКР . При достижении границ перестройки генератора 12

789893 происходит срыв

"мин мдкс слежения и в кольце автоподстройки частоты возникают биения, заканчивающиеся. синхронизацией системы на новой частоте генератора. Этой частоте соответствует новый код периода q,îòëè÷àþùèéñÿ от кода q не менее чем на "1". В результате весь диапазон рабочих частот разбивается на ряд автоматически перекрываемых поддиапазонов, относительная ширина которых определяется пределами перестройки частоты генератора.

Для исключения режима биений при переходе с одного поддиапазона на другой в состав фазометра введен блок 15 контроля и управления режимом. Этот блок следит за изменениями частоты f„, например, по ве— личине управляющего напряжения.

Если частота f достигает своего минимального, либо максимального значений, по команде с блока 15 слежение за частотой сигнала прекращается и частота генератора 12 принудительно устанавливается рав— ной ее среднему значению

2(гМин ма с

Далее в течение одного периода сигнала находится новое значение кода q, которое записывается в регистр 8 памяти, а затем снова замыкается кольцо обратной связи и элемент 13 автоподстройки частоты продолжает следить за частотой сигнала в новом поддиапазоне.Одновременно этот блок запрещает перезапись информации в регистр 8 памяти и сброс делителя 11 и 14 частоты в режиме слежения.

Введение блока контроля и управления режима уменькает время подготовки прибора к работе при автоматическом переходе с одного поддиапазона на другой.

Минимально необходимые пределы перестройки подстраиваемого генератора 12 выбираются так, чтобы в наиболее высокочастотном поддиапазоне (. - F „щ„ ) значения

"-. :.. ""-t.. ... н -""-емые на границе поддиапазона, отличались от значения qä, установленного на средней частоте поддиапазона Fp, не менее чем на "1", т.е.

Ц 7) q + 1 > q (qo 1 ° Только при этих условиях в устройстве возможен автоматический переход с одного поддиапазона на другой (см. фиг.2Я).

Сформированная частота квантования f g = 1, „ = KF (фиг.2 ) поступает на блок автоматики, где в течение одного периода происходит квантование временного интервала, 5

С0 пропорционального измеряемому.сдвигу фаз.

Таким образом, введение новых элементов и связей обеспечивает автоматическое измерение сдвига фаз за период сигнала в широком диапазоне частот, не ограничиваемом в отличие от известного устройства пределами перестройки частоты подстраиваемого генератора. Максимальное значение частоты сигнала и соответственно подстраиваемого генератора определяются быстродействием используемой элементной базы.

Формула изобретения

55 бО

Цифровой фазометр, содержащий входные формирователи, подключенные своими выходами к последовательно соединенным управляемому триггеру, блоку автоматики и индикаторному счетчику, а также подстраиваемый генератор, делитель частоты и элемент автоподстройки частоты, входы которого связаны с выходами второго входного формирователя и делителя частоты, а выход — с управляющим входом подстраиваемого генератора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона рабочих частот и повышения быстродействия, в него введены узел цифрового умножения частоты, содержащий блок формирования управляющих импульсов, вход которого связан с выходом второго входного формирователя, последовательно соединенные счетчик, регистр памяти и элемент сравнения кодов, подсоединенный по выходу к блоку автоматики и входу делителя частоты, а также первый дополнительный делитель частоты, подключенный выходом ко входу счетчика, и второй дополнительный делитель частоты, выходы разрядов которого подключены ко входам элемента сравнения кодов, а вход "сброс" к выходу элемента сравнения кодов, при этом входы обоих дополнительных делителей частоты связаны с выходом подстраиваемого генератора, а выходы блока формирования управляющих импульсов подключены ко входу "запись" регистра памяти и входам

"сброс" всех делителей частоты и счетчика, также введен блок контроля и управления режимом, подключенный входом к выходу элемента автоподстройки частоты, а выходами — к управ- ляющему входу элемента автоподстройки частоты и блоку формирования управляющих импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Смирнов П.Т. Цифровые фазометры. "Энергия", 1974, с. 19.

2. Мусонов В.M. и др. Новые идеи в построении цифровых фаэометров иэ преобразования частоты. Фазоизмерительные системы и устройства. Томск

1974, c. .90

789893

Фиг. 1

Составитель A. Старостина

Техред Е,Гаврилешко Корректор О.Ковинская

Редактор О. Малец

Закаэ 9033/45

Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4