Следящий цифровой фазометр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (»>864383. (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 14. 12. 79 .{21) 2853938j18-21

М K ç с присоединением заявки ¹â€”

G 01 R 25/08

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет-Опубликовано 150981, Бюллетень М 34

Дата опублнкованняописанмя 15. 09.81 (53) УДК 821. З17. .77(088.8) (72) Авторы изобретения

С. В. Мотыжев и Г. А. Острецов

Морской гидрофиэический институт AH Укра (73) Заявитель (54) СЛЕДЯЩИЙ ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР

3 ля (2) .

Изобретение относится к электрическим измерительным приборам, а точ-, нее к устройствам измерения фазового угла, и может быть использовано в различных цифровых измерителях фазы, в том числе в системах с временной селекцией сигналов, в частности, в радионавигации.

Известен цифровой фазометр, измеряющий разность фаэ между сигналами одинаковой частоты, поступающими в различное время 1 .

Однако он характеризуется заниженным быстродействием измерений и недостаточной структурной надежностью за счет того, что слежение за фазами поступающих сигналов и измерение разности фаз производится различными узлами, при этом сбой в узле измерителе повлечет за собой ошибочный результат.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство измерения фазы, содержащее опорный генератор, два формирователя входных сигналов, источник стробов синхронизации, д а узла слежения эа фазами поступающих сигналов с узлами осреднения и делителями, преобразователь время-код, счетчик долей периода, различитель, счетчик целых периодов. В устройстве отслеживание фазы сигнала с формирователя входных сигналов производится узлом слежения во время поступления строба синхронизации путем добавления либо исключения импульсов в сигнале опорного генератора. С выхода узла слежения скорректированная частота опорного генератора поступает в делитель, сигнал на выходе которого равен по частоте входному сигналу. Процесс подстройки продолжается до тех пор, пока разность фаз между входным

15 сигналом и сигналом с выхода делителя не станет равной нулю. Во время отсутствия строба опроса сигнал опорного генератора не корректируется и фаза сигнала на выходе делителя сох20 раняется постоянной. Измерение собственно разности фаэ производится способом Время-импульсного кодиро1вания с использованием преобразователя время-код, с которого пачки импульсов поступают на счет. чик . долей перехода. Увеличение или уменьшение кода в счетчике целых периодов производится с помощью донолнительногр различите864183

Недостатком известного устройства является то, что сначала производится отслеживание фаз поступающих сигналов, а затем — измерение разности фаз между ними, что приводит к снижению быстродействия процесса измерений. Кроме того, отсчет измеренной разности фаз невозможно снять со счетчика долей перехода в любое требуемое время, так как отсчет сохраня- ется в счетчике в течение заданного времени после окончания подсчета. импульсов s пачке с преобразователя .время-код. После этого счетчик обнуляется и начинается счет импульсов в следукщей пачке.

Цель изобретения - повышение бы- 15 стродействия измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в следящем цифровом фазометре, содержащем опорный генератор, два формирователя входных сигналов, источ- 2О ник стробов синхронизации, последовательно соединенные узел слежения за фазой сигнала, узел осреднения и делитель, счетчик долей периода, счетчик целых периодов, где входы узла слежения за фазой сигнала соединены с выходом делителя, выходом опорного генератора, выходом одного из формирователей входного сигнала и выходом источника, стробов, введены осредняющий счетчик и компаратор кодов, входы сравнения которого соединены с выходом каждого разряда делителя и соответствующими разрядами счетчика долей периода, а -выход соединен со счетным входом осредняющего счетчика, И разрешающий вход которого соединен с источником стробов синхронизации, при этом осредняющий счетчик соединен со счетчиком долей периода, соединенным со счетчиком целых периодов р и реверсирующие входы их соединены с выходом второго формирователя входных сигналов.

На фиг. 1 представлена структурная схема следящего циФрового Фазометра; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Следящий цифровой фаэометр содержит опорный генератор 1, формирователи 2 и 3 входных сигналов, источник 4 стробов синхронизации, $Q узел 5 слежения, узел б осреднения, делитель 7, компаратор 8 Кодов,осредияющий реверсивный счетчик 9, реверсивный счетчик 10 долей периода, реверсивный счетчик 11 целых SS циклоп

Опорный генератор 1 является источником образцового сигнала,частота которого определяется требуемой точностью измерений и частотой входного сигнала. Формирователи 2 и 3 пре образуют поступающие, сигналы к виду, необходимому для работы узлов фазометра, причем формирователь 3, соединенный с реверсивными счетчиками, представляет собой преобразователь синусоида-меандр. Источник 4 стробов синхронизации формирует, сигналы разрешения работы узлов слежения в соответствии с временем поступления входных сигналов. Узел 5 сЛежения предназначен для коррекции частоты опорного. генератора 1 с целью устранения рассогласования по фазе входного сигнала и сигнала на выходе делителя 7. Узел б осреднения поз-воляет ослабить влияние Флуктуирующих помех и придать фаэометру свойства, эквивалентные устройствам с узкой полосой пропускания. Скоррек" тированный узлом 5 слежения сигнал опорного генератора 1 поступает на вход делителя 7, сигнал на выходе которого по частоте равен частоте входного сигнала. В результате устранения рассогласования сигнал на выходе делителя 7 синфазирован с сигналом, поступающим с выхода формирователя 2 на вход узла 5 слежения. Компаратор 8 кодов предназначен для выработки импульса равенства кодов в момент совпадения веса кода делителя 7 и веса кода реверсивного счетчика 10. Обязательным условием работоспособности устройства является равенство количества разрядов делителя 7 с одной стороны и реверсивного счетчика 10 с другой, соединенных с компаратором 8 кодов. Кроме того, в случае использования обратных связей в делителе 7 и реверсивном счетчике 10 характер их должен быть одинаковым. В противном случае, если коды делителя 7 и реверсивного счетчика 10 равны одному и тому we числу, а веса разрядов реэличны, на выходе компаратора 8 кодов не odpaэуется импульс равенства,что приведет к неработоспособности устройства.Дли = тельность импульса компаратора 8 равна времени, в течение которого вес кода делителя 7 остается равным весу кода реверсивного счетчика 10, так как код делителя 7 изменится в соответствии с частотой опорного сигнала генератора 1, то длительность импульса компаратора 8 кодов равна одному периоду опорной частоты. Частота повторения импульсов определяется временем цикла делителя 7. Если частота входного сигнала равна fc,, а коэффициент деления счетчика равен

N, то частота опорного генератора 1 определяется как for — — fc М.Поскольку одинаковые числа повторяются в делителе 7 через и периодов опорной частоты, то периодичность импульсов с компаратора 8 равна „= - -= о т.е. частоте входного сигнала.Отсюда вытекает еще одно условие работоспособности устройства: равенство частоты входного сигнала f<,÷àñòîòå с делителя 7 fp, и частоте образования импульсов компаратора fg,т.е.

884183

f = f . Осреднякщий реверсивный счетчик 9, так же как и узел б осреднения, предназначен для уменьшения влияния флуктуационных помех.

Количество разрядов счетчика 9 выбирается из условия обеспечения одинаковых условий осреднений при работе двух входных сигналов. Реверсивный счетчик 11 имеет необходимое количество разрядов.

Устройство работает следующим об,разом.

Структурно фазометр можно рассмотреть в виде двух частей. Первая, в состав которой входит опорный генератор 1, один формирователь 2 входного сигнала, источник 4 стробов синхронизации, узел 5 слежения, узел б осреднения, делитель 7, осуществляет слежение за фазой одного входного сигнала. Вторая, в состав которой входит другой формирователь 3 входного сигнала, источник 4 стробов синхронизации, делитель 7, компараcop 8 кодов, осредняющий реверсивный счетчик 9, реверсивный счетчик 10, реверсивный счетчик 11 производит слежение эа.фазой второго входного сигнала с одновременным измерением разности фаз между двумя поступающими сигналами. Сравнение фазы первого входного сигнала с сигналом с выхода делителя 7 производится в узле 5 слежения, в котором определяется, направление коррекции фазы сигнала с делителя 7 и вырабатываются импульсы добавления, либо исключения, посредством которых корректируется сигнал с опорного генератора 1. В узле б производится осреднение сигналов коррекции. Код делителя 7 непрерывно меняется в соответствии с поступакщей частотой, причем задний фронт сигнала .fp с последнего разряда делителя 7 образуется в момент, когда вес кода делителя 7 становится равным нулю. После этого в делителе начинается очередной цикл счета импульсов.

Задний фронт сигнала с делителя 7 синфазируется с задним фронтом сигнала <с<, поступающего с формирователя

2. Изменяющийся код делителя 7 посредством компаратора 8 кодов сравнивается с кодом, хранящимся в ревер- . сивном счетчике 10. В момент совпадения кодов образуется импульс равенства, который поступает на счетный вход осредняющего реверсивного счетчика 9. Направление счета в реверсивных счетчиках 9-11 изменяется в соответствии с сигналом с формирователя

3 входных сигналов. Во время положительного полупериода они работают в режиме сложения, во время отрицательного. — и в режиме вычитания.

Рассмотрим временные диаграммы работы устройства,.показанные на фиг. 2.

Пусть сигнал с делителя 7f син. фазирован с входным сигналом f „,а разность фаз между сигналом с делителя 7уд .и вторым входным сигналом

fc< равна а г„ (фиг.2а). Пусть в

5 начальный. момент вес кода в счетчике 10 равен m. Тогда при набсре в делителе 7 того же числа m происходит совпадение кодов и на выходе компаратора 8 образуется импульс равенства кодов ° При этом импульсы с компаратора 8 поступают на вход осредняющего счетчика 9 во время работы счетчиков 9 и 11 в режиме вычитания.

При поступлении строба разрешения счета от источника 4 стробов код

15 счетчика 9 начинает уменьшаться импульсами с компаратора 8. При переполнении осреднякщего счетчика 9 вес кода счетчика 10 уменьшается на единицу и становится равным m-1 ° Сов20 падение кодов теперь происходит при наборе в делитель 7 того же числа

m-1, что соответствует появлению импульса равенства на один период опорной частоты или-сдвигу влево в

25 сторону опережения по шкале времени.

Поскольку импульсы компаратора 8 и в этом случае продолжают поступать при работе счетчиков 9-11 в режиме вычитания, то код осредняющего счетчика 9 продолжает уменьшаться, при переполнении его уменьшается код счетчика 10, что приводит к дальнейшему сдвигу, влево импульсов компаратора (фиг.2б). Наконец наступает момент, когда импульс с компаратора совпадает с задним фронтом сигнала

Гс1 (фиг.2в). Дальнейшее движение импульсов компаратора влево невозможно, так как в этом случае он должен поступать на счетчики 9-11 во

40 время работы последних в режиме сложения (фиг.2г), что приведет сначала к переполнению осредняющего реверсивного счетчика 9 а затем - к увеличению кода в счетчике 10, что вызо45 вет сдвиг импульсов компаратора вправо опять вплоть до совпадения с задним фронтом сигнала fey Таким образом, происходит привязка.импульсов компаратора 8 к заднему фронту входного сигнала fc . Вес кода делителя 7, последовательно изменяясь от

0 до N-1 (где М - коэффициент деления делителя 7), однозначно равен всем возможным значениям фазы сиг55 нала делителя Уд. При этом с одной

Ф g стороны, импульс компаратора 8 характеризует значение фазы сигнала делителя f* в данный момент време ни,а с другой, он отслеживает задний фронт входного сигнала f@ .Та60 ким образом, значащий момент входного сигнала сггоказывается привязанным к временной шкале фазы сигнала делителя fy . Поскольку положение импульса компаратора на временной

65 шкале фазы сигнала делителя ц одно864183 значно определяется кодом счетчика

10, то этот код является мерой разности делителя Уд и входного сигнала fc . Так как сигнал делителя синфазирован с входным сигналом, то код счетчика 10 является мерой разности фаз двух входных сигналов.

Для повышения точности измерений необходимо увеличивать количество разрядов у делителя 7 и у реверсивного счетчика 10 с соответствующим увеличением ячеек сравнения в компараторе 8 кодов. Изменение кода реверсивного счетчика 11 происходит при переполнении реверсивного счетчика 10 в соответствии с полярностью входного сигнала. 15

Предлагаемое устройство позволяет избавиться от последовательного процесса получения конечного результата: сначала отслеживания фаз поступающих сигналов,а затем — измерения g разности фаз между ними. В нем,процессы отслеживания и измерения производятся параллельно, с получением конечного результата непосредственно после окончания процесса отслежийания, вследствие чего увеличивается быстродействие измерений. Кроме того, достигается непрерывность в снятии отсчета за счет того, что код счетчика долей периода, характеризуя измеренную разность фаз, сохраняет свой вес при постоянстве последней и изменяется только при приращениях разности фаз.

Необходимо отметить, что в случае сбоя в реверсивном счетчике долей 35 периода, происходит самопонравка устройства.

Формула изобретения

Следящий цифровой фазометр,содержащий опорный генератор, два формирователя входных сигналов, источник стробов синхронизации, последовательно соединенные узел слежения за фазой сигнала, узел осреднения и делитель, счетчик долей периода, счетчик целых периодов, где входы узла слежения эа фазой сигнала соединены с выходом делителя, выходом опорного генератора, выходом одного из формирователей входного сигнала и выходом источника стробов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения быстродействия измерений, введены осредняющий счетчик и компаратор кодов, входы сравнения которого соединены с выходом каждого разряда делителя и соответствующими разрядами счетчика долей периода, а выход соединен со счетным входом осредняющего счетчика, разрешающий вход которого соединен с источником стробов синхронизации, при этом осредняющий счетчик соединен со счетчиком долей пе-. риода, соединенным со счетчиком целых периодов.и реверсирующие входы их соединены с выходом второго формирователя входных сигналов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка ФРГ Р 1516084, кл. G 01 R 25/00, 1970.

2. Техническое описание изделия

РО ОЦ 4.400.141ТО.

864183

Составитель A. Старостина

Техред M. Голинка Корректор С. Щомак

Редактор С. Лыжова

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная4

Заказ 7777/67 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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