Инфранизкочастотный цифровой фазометрчастотомер

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<1 805199 (61) Дополнительное к авт, саид-ву(22) Заявлено 05.02.79 (21) 2722286/18-21 (5 t)hh. Кл.

С, 01 R 25/08 с присоединением заявки №вЂ”

I осударственный комнтет

СССР по делам нзобретеннА н открытйя (23) Приоритет—

Опубликовано 150281, Бюллетень ¹ 6

Дата опубликования описания 17. 02. 81 (53) УДК 621. 317. .77(088.8) 1 р

P2) Авторы изобретения

К.A. Лаврентьев, М.И. Щевелев, A.T. Селеэнев и С.С. Селезнева (71) Заявитель (54) ИНФРАНИЗКОЧАСТОТНЫЯ ЦИФРОВОИ

ФАЗОИЕТР-ЧАСТОТОМЕР чи Г1).

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для одновременного измерения сдвига фаз и частоты исследуемых сигналов инфраниэкой частоты. Оно может. быть использовано при создании уни. версальных приборов для измерения частоты и фазовых сдвигов сигналов при наладке, регулировке, периодичес- 1 кой проверке навигационных радиотех» нических систем, сейсмотехнических

-регистрирующих устройств, к которым предъявляются высокие требования в отношении постоянства фазовых сдвигов инфраниэкочастотных сигналов на 15 входе и выходе отдельных узлов. Применение предложенного устройства возможно также при наладке различных механических систем, содержащих узлы с малыми скоростями вращения, 2О где не исключена возможность возник. новения различного рода люфтов, проскальзываний механических проводов (ременных, фрикционных передач и т.д.). данный фазометр-частотометр 21 может быть использован и в медицинских измерениях, в частности для измерения мгновенной частоты пульса, дыхания и фазовых соотношений между сигналами пульсовых волн в раэлич- ЗО ных участках сердечно-сосудистой системы.

Известен инфранизкочастотный фазометр-частометр, основанный на пре-, образовании сдвига фаз в цйфровой код путем промежуточного преобразования во временной интервал и заполнения его импульсами, частота следования которых пропорциональна частоте исследуемого сигнала. Он содержит генератор опорной частоты, блок управления и электронные клюНедостатком известного фаэометра-частометра является относительно. низкое быстродействие, особенно при измерениях сигналов низкой частоты.

Известен также цифровой фазометр-частометр, содержащий два генератора опорной частоты — основной и дополнительный, электронные ключи, схему собирания, два двоичных умножителя, в каждый из которых входят счетчики и электронные ключи, общий для обоих умножителей управляющий счетчик, формирователь импульсов, ключ и блок управления, состоящий из ключа, триггеров и формирователя импульсов (2).

805199

Однако данное устройство обладает относительно низким быстродействием, особенно при измерении низкочастотных сигналов. Это обусловлено тем, что измерение частоты и фазового сдвига сигналов осуществляется за два такта работы устройства. При этом первый измерительный такт равен длительности периода входного сигнала, а второй такт определяется временной задержкой исследуемых сигналов относительно друг друга, которая при фазовых сдвигах в 360 также будет равна периоду входных сигналов. у устройства отмечается также сложность его схемной реализации, обусловленная наличием двоичных умножителей. Поскольку в известном устройстве в двоичных умножителях применены двоичные счетчики, то непосредственная индикация результата измерения на цифровые индикаторы невозможна, так как выпускаемые 20 промышленностью стандартные дешифраторы цифровых индикаторов предназначены для преобразования двоично-деся.тичного кода. Применение в данном устройстве двоично-десятичных счет- Я5 чиков значительно усложняет устройство, а примерение преобразователей кодов, наряду с усложнением схемы, приведет к снижению быстродействия.

Цель изобретения - повышение быст- З0 родействия и упрощения устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее командный триггер, соединенный первым выходом с формирователем импульсов, два электронных ключа, первые входы которых соединены с генераторами опорной частоты, введены два преобразователя "время-напряжение", два компара« тора напряжения и генератор пилообразного напряжения, выход которого 40 через компараторы напряжения соединен со вторыми входами электронных ключей, а вход через преобразователь

"время-напряжение" соединен со вторым выходом триггера, вход которого 45 как и вход формирователя импульсов, соединен с шиной входных сигналов, причем второй вход одного из компараторов напряжения через другой преобразователь "время-напряжение" сое- g0 динен с выходом формирователя импульсоа, На фиг. 1 изображена блок-схема предложенного фазометра-частотомера. наФфиг. 2 — один из примеров его оптимальной реализации.

Фазометр-частотомер содержит командный триггер 1, формирователь 2 импульсов, преобразователь 3, 4 "время-напряжение". генератор 5 пилооб .разного напряжения, компараторы 6, 7 60 напряжений, электронные ключи 8,9 и генераторы 10, 11 опорной частоты.

Преобразователи 3, 4 "время-напряже-, ние" выполнены на интеграторах 12, 13 и кипп-реле 14, 15, генератор 5 пи- 4$ л образного напряжения имеет в своем составе кипп-реле 16 н интегратор 17 °

Фазометр содержит также блок 18 ключевых элементов, который состоит из элементов 19-22 коммутации, предназначенных для органиэации режима одновременного измерения частоты и фазового сдвига исследуемых сигналов и режима измерения мгновенной частоты сигнала. Элементы коммутации 19, 20 блока 18 выполнены на герконах типа КЭМ-3. Ключи 21, 22 служат для подключения выходов преобразователей

3, 4 "время-напряжение" в соответствующие моменты времени ко входу интегратора.

Фазометр-частотомер работает следующим .образом.

В режиме одновременного измерения фазовых сдвигов и мгновенной частоты входных сигналов ключевые элементы коммутации 19, 20 блока 18 включены (фиг. 2), т.е. элемент 19 коммутации связывает выход формирователя 2 .импульсов со входом преобразователя 4

"время-напряжение". На входы В> 1, В 2 устройства поступают исследуемйе сигналы И „1, Из 2 соответственно. При этом между указанными сигналами имеется фазовый сдвиг ht . По приходу на В> 1 устройства каждого импульса И8 1 командный триггер 1 изменяет свое состояние на противоположное. Сигналы командного триггера

1, подаются соответственно на входы преобразователя 3 "время-напряжение" и формирователя 2 импульсов ° Последний вырабатывает положительные импульсы И, длительность которых равна фазовому сдвигу b,4 между импульсами nSX 1> HSX 2 Через элемент коммутации 19 импульсы с формирователя

2 поступают на преобразователь 4

"время-напряжение". По передним фронтам положительных импульсов, поступающих на входы преобразователей 3, 4 срабатывают имеющиеся в них кипп-реле 14, 15, которые обеспечивают условия для разряда конденсаторов интеграторов 12, 13. По окончании этого процесса соответственно происходит заряд указанных интеграторов.

При этом интегратор 12 преобразователя 3 вырабатывает линейно нарастающее напряжение, величина которого определяется выражением И =К, Т

Ъ где И вЂ” напряжение на выходе преобразователя 3 "времяю-напряжение

Щ и

Кл — постоянный коэффициент пропорцйональности; Т1 - длительность периода исследуемого сигнала И8 1.

Интегратор 13 преобразователя 4 вырабатывает напряжение, определяемое выражением Hll =К м, где И„ -напряжение на выходе преобразователя 4 л. д.

"время-напряжение"; К вЂ” постоянный коэффициент пропорциональности; htвременной сдвиг между исследуемыми сигналами.

805199

При поступлении второго импульса исследуемого сигнала Ир 1 командный триггер 1 снова меняет свое состояние на противоположное. При этом происходит открывание аналогового ключа 21 и срабатывание кипп-реле 16, которое обеспечивает условия дпя разряда конденсатора интегратора 12. По окончании процесса разряда конденса-. тор интегратора 17 начинает заряжаться, и на выходе генератора 5 пилооб= разного напряжения Формируется линейно-возрастающее напряжение Игпи 5, скорость возрастания которого линейно зависит от напряжения на выходе преобразователя 3, приложенного ко входу интегратора 17 через аналоговый 1з ключ 21. Напряжение И ь на выходе генератора 5 пилообразного напряжения будет изменяться по закону Идщ =К Ип где K — коэффициент пропорциональности; t - текущее время. 20

С выхода генератора 5 пилообразного напряжения напряжение И а„б поступает на первые входы компараторов б, 7 напряжений. На второй вход компаРатоРа б подаетсЯ напРЯжение Ип4 с выхода преобразователя 4 "время-нап" ряжение", а на второй вход компаратора 7 — эталонное напряжение И0 . При достижении напряжением И пи величин

И 4, И0 срабатывают компараторы 6, 7 О соответственно. Процесс формирования выходного импульса длительностью 7. комцаратором 6 заканчивается при вйполнении равенства напряжений иа его входах т е Ид у Иц4

Аналогичным образом компаратор 7 вырабатывает импульс длительностью ь при выполнении равенства напряжений

Hrhи5 Иэ °

Таким образом, на выходе компаратора 6 формируются импульсы, дли- 40 тельность которых соответственно пропорциональна фаэовому сдвигу между исследуемыми сигналами и обратно пропорциональна периоду сигнала, а на выходе компаратора 7 длительность вы- 4 ходных импульсов обратно пропорциональна периоду исследуемого сигнала.

На время действия импульсов с компараторов б, 7 открыты электронные клю . чи 8, 9 соответственно. Через откры- ео тые ключи 8, 9 с выходов генераторов

10, 11 опорных частот на выходы устройства поступают импульсные последовательности с частотами Го, Р 02 соответственно. При этом количество импульсов в импульсной последовательности на выходе 1 характеризует собой фазовый сдвиг сигнала Иэ относительно Ий, а количество импульсов в импульсной последовательности на выходе 2-мгновенную частоту сле- gp дования сигналов.

В режиме измерения мгновенной частоты сигнала измерения осуществляется по каждому периоду входных сигналов.

В этом режиме элементы 19, 20 коммутации связывают выход командного триггера 1 с преобразователем 4 "время-напряжение" аналоговым ключем 22 и кипп-реле 16. Процесс измерения аналогичен вышеописанному с той разницей, что в устройстве происходит поочередное преобразование периодов входйых сигналов преобразователя 3, 4

"время-напряжение", и на вход генератора 5 пилообразного напряжения сигналы с выходов преобразователей поступают также поочередно, килп-реле 16 и интегратор 17 генератора 5 пилообразного напряжения и компаратор 7 срабатывают в каждом периоде исследуемого сигнала, в результате чего на выходе устройства значение измеряемой частоты регистрируется в каждом периоде.

Устройство позволяет одновременно измерять Фазовый сдвиг и частоту исследуемых сигналов в диапазоне

0,01-10 Гц с погрешностью; не превышающей 0,1В, причем время измерения немного превышает длительность одного периода входных сигналов.

Формула изобретения

Инфранизкочастотный цифровой фазометр-частотомер, содержащий командный триггер, соединенный первым выходом с формирователем импульсов, два электронных ключа, первые входы которых соединены с генераторами опорной частоты, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения устройства, в него введены два преобразователя "время-напряжение", два компаратора напряжения и генератор пилообразного напряжения, выход которого через компараторы напряжения соединен со вторыми входами электронных ключей, а вход через преобразователь

"время-напряжение" соединен со вторым выходом триггера, вход которого, как и вход формирователя импульсов, соединен с шиной входных сигналов, причем второй вход одного иэ компараторов напряжения через другой преобразователь "время-напряжение" соединен с выходом формирователя импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 189485, кл. G 01 R 25/04, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР

9 373647, кл. G 01 R 25/04, 19.01.71. (прототип).

805399

Составитель Медведев

Техред Н. Граб Корректор Н. Бабинец

Редактор П.Коссей

Заказ 0 7 66 Тираж 7 3 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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