Цифровой фазометр

 

Союз Советскии

Социалистические

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К . АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ())) 938197 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено y2 yg 80(21) 3002981/y8 2у с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 23.06.82. Бюллетень № 23

Дата опубликования описания 23.06.82 (51)М. Кл.

501 К 25/08

1Ьеудеретвеииый комитет

СССР (53) УД К621.33.7. .77(088.8) ив делеи изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Н. О. Крыликов, Й. Л. Преснухин и В. А. В)рстаков (7l ) Заявитель

Московский институт электронной техники (54) ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при создании цифровых фазометров повышенной точности, а также высокоточных входных преобразователей фаза-код для управляющих цифровых вычислительных систем.

Известен цифровой фаэометр, содержащий усилители-формирователи, триггеры, счетчик с индикацией, дополнительный

1о счетчик, ключ, генератор импульсов, элемент совпадения, вентиль и элемент задержки, в котором устранены сбои, обусловленные неустойчивой работой триггера при малых значениях фазовых уг» лов (1)

Недостатками данного фазометра являются невозможность различать значения. фазовых углов, находящихся внутри эоны неустойчивой работы триггеров, а также зо низкая точность измерений в условиях шумов.

Известен цифровой фазометр, содержащий триггерный преобразователь аналог2 код, состоящий из двух формирователей импульсов, триггеров и ключа, выход которого подключен к счетчику, блок коррекции результатов измерений, блок анализа области значений измеряемого сдвига фаз блок управления формирователем преобразователя аналог-код, вход которого соединен с выходом одного из формирователей преобразователя аналогкод, а выход - с уцравлякецим входом другого формирователи и счетчика, при атом входы блока анализа подключены к выходам первых трех декад счетчика, его выход — к управляк)щему входу блока управления формирователем, входы блока коррекции соединены с выходами двух последних декад счетчика и с выходом преобразователя аналот код, а выход блока коррекции подключен к входам двух последних декад счетчика.

Известный фазометр работает по принципу постоянного измерителвного времени (2) .

3 9381

Недостатками фаэометра явля котся зависимость величины областей измеряемого сдвига фаз от частоты входных сщ налов, вследствие чего уменьшается точность измерения при наличии шумов, что приводит к необходимости сужать диапазон частот входных сигналов, а также резкое снижение точности измерения при наличии нелинейных искажений входных сигналов, обусловленного однополупери- tO одным принципом формирования фазовых интервалов.

Пель изобретения — повышение точности измерения.

t5

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фаэометр, содержащий первый и второй формирователи, три триггера, четыре ключа, счетчик, элемент

ИЛИ и генератор тактовых импульсов, вмход первого триггера соединен с первым входом первого ключа, введены сдвиговый регистр, умножитель частоты, четыре формирователя, два управляемых инвертора, блок синхронизации, выходиой регистр и инвертор, причем первый выход первого формирователя подключен к первому входу первого управляемого инвертора, выход второго формирователя соединен с первым входом сдвигового регистра, входом ум30 . ножителя частоты и входами шестого и пятого формирователей„ выход первого управляемого инвертора подключен ко входам третьего и четвертого формирователей, второй выход первого формирователя соединен с первыми входами вторс го и третьего ключей, при этом выход сдвигового регистра подключен к второму входу третьего ключа, и, через инвертор, к второму входу второго ключа, выход умножителя частоты соединен с вторым входом сдвигового регистра, выход второго ключа подсоединен к первому входу второго триггера, а выход третьего ключа, соединен с вторым входом второго трнггера, выход которого подключен к вторым входам обоих управляемых инверторов, выход четвертого формирователя соединен с первым входом третьего триггера, а выход пятого формирователя — c вторым входом того же триггера н первым входом блока синхронизации, выход третьего триггера подключен к первому входу четвертого ключа, первый выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым входом блока синхронизации, и второй выход генератора тактовых импульсов подключен к второму входу первого ключа, а третий выход - к второму входу четвертого ключа, выход первого ключа подсоединен к первому входу элемента ИЛИ, а выход четвертого ключа— к второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого разряда счетчика, первый выход блока синхронизации соединен с третьими входами первого и четвертого ключей, второй выход — с входом записи выходного регистра, третий выход — с входом установки в нуль счетчика, а четвертый выход с третьими входами второго и третьего ключей, выходы счетчика с (М вЂ” и +1)-го по (и-1)-й подключены к входам выходного регистра с 1-го по (n -1)-й соответственно, а rn-й выход счетчика соединен с первым входом второго управляемого инвертора, выход которого подключен к и-му входу выходного регистра.

На чертеже изображена структурная схема цифрового фазо метра.

Фазометр содержит усилители-ограничители 1 и 2, компараторы 3 и 4, формирователи 5-9 импульсов, инвертор 10, сдвиговой регистр 11, умножитель 12 частоты, ключи 13-16, триггеры 17-19, управляемые инверторы 20 и 21„генератор 22 импульсов, формирователь 23 последовательностей счетных импульсов, блок 24 синхронизации, элемент ИЛИ

25, счетчик 26 и вькодной регистр 27, генератор 22 импульсов и формирователь

23 последовательностей счетных импульсов образуют генератор 28 тактовых импульсов, первый формирователь 29 импульсов представляет из себя последовательное соединение усилителя-ограничителя 1 компаратора 3 и формирователя

5 коротких импульсов, второй формирователь 30 импульсов представляет иэ себя последовательное соединение усилителя-ограничителя 2 и компаратора 4.

Устройство работает следукицим образом.

На входы фазометра подаются напряженин синусоидальной формы Х1 и Х2, сдвиг фазы между которыми необходимо измерить, причем напряжение Х2 счита« ется опорным.

Входные сигналы, проходя через усилители-ограничители 1 и 2, усиливаются и симметрично ограничиваются по амплитуде С помощью компараторов 3 и 4 происходит преобразование входных сигналов и напряжения прямоугольной формы. Полный диапазон значений измеря938197 емого сдвига фазы разбивается на две области:

1) 0 +90 и 2) 180 +9(Р, Область, в которую попадает р,, определяется в течение первого периода опорного сигнала Х2, когда блок 24 синхронизации снимает блокировку ключей 13, 14. Ключи 15, 16 и этот момент заблокированы.

Формирователь 5 коротких импульсов выдает короткий импульс в момент появления переднего фронта сигнала Хl.

Этот импульс попадает на первые входы ключей 13, 14. На вторые входы ключей

13 и 14 с выхода сдвигового регистра

11 подается сигнал Х2, сдвинутый на

1/4 периода, причем на второй ключ 13 через инвертор 10.

На тактовый вход сдвигового регист- 2в ра 11 поступают импульсы с частотой следования f, сформированные умножителем 12 частоты из сигнала Х2, причем, если 5 = 1а . 16, то выходом сдвигового регистра 11 служит выход чет- у вертого разряда регистра. В этом случае колебания границ областей происходят в пределах 1/16 периода входных сигна лов независимо от частоты $ „и практически не оказывает влияния на точностьЗа измерения.

Таким образом, если к находится в первой области, импульс, пройдя через второй ключ 13, попадает на первый вход второго триггера 17. При нахождении %к во второй области импульс попадает на второй вход второго триггера

17 через третий ключ 14. Второй триггер 17 хранит признак области до следующего цикла измерения.

Начиная с второго периода опорного сигнала происходит измерение. При этом, если находится в первой области, сигнал

Х1 проходит через первый управляемый инвертор 20 без инверсии и попадает на входы формирователей 6, 7. импульсов. Сигнал Х2 попа пает на входы формирователей 8, 9 импульсов. Формирователи 6 и 8 вырабатывают импульсы, привязанные.к переднимфронтамсигналов Х1 и Х2, аформи Зо рователи 7 и 9-к задним фронтам. Тригге ры 18 и 19 формируют фазовые интервалы и управляке ключами 15, 16, которые в этот момент разблокированы.

На вторые входы ключей 15, 16 пос- 55 тупают последовательности счетных имО пульсов, сдвинутых по фазе на 180 друг относительно друга.

Пройдя через ключи 15 и 16 эти последовательности попадают на элемент

ИЛИ 25 и далее на тактовый вход счетчика 26.

llo окончании интервала измерения блок 24 синхронизации блокирует ключи

16, 15, вырабатывает строб записи содержимого счетчика в выходной регистр 27 и обнуляет счетчик 26. Если

$ находится в первой области, то последний разряд кода результата измерения и передается через второй управляемый инвертор 21 без инверсии.

С началом ближайщего периода опорного сигнала происходит следующий цикл измерения.

Если Ч к находится во второй области, то сигнал Xl инвертируется первым управляемым инвертором 20, что эквива. ентно внесению дополнительного фазового сдвига в 180 .

Для компенсации внесенного фазового сдвига старший разряд кода N инвертируется вторым управляемым инвертором 21.

Фазовая характеристика цифрового фазометра непрерывна в пределах от

-180 до +180О, причем значению fz =

-180Р соответствует значение кода

Кх О, а значению Ч +180о значение кода и = N „

Повышение точности измерений при маль|х отношениях сигнал-шум достигается тем, что обработка сигналов производится вблизи середины непрерывного участка фазовой характеристики при любых значе:;.; 9 а влияние нелинейных искажений значительно уменьшается за счет использования двухполупериодного метода обработки.

Формула изобретения

Цифровой фазометр, содержащий перbbN и второй формирователи, три триггера, четыре ключа, счетчик, элемент ИЛИ и генератор тактовых импульсов, выход первогo триггера соединен с первым входом первого ключа, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности измерений,s него введены сдвиговый регистр, умножитель частоты, четыре формирователя, два управляемых инвертора, блок синхронизации, выходной регистр и инвертор, причем первый выход первого формирователя подключен к первому входу первого управляемого инвертора, вы7 9381 ход второго формирователя соединен с первым входом сдвигового регистра, входом умножителя частоты и входами шестого и пятого формирователей, выход первого управляемого инвертора подключен к входам третьего и четвертого формирователей, второй выход первого формирователя соединен с первыми входами второго и третьего ключей, при атом выход сдвигового регистра подключен к второму входу третьего ключа и чеоез инвертор к второму входу второго ключа, выход умножителя частоты соединен с вторым входом сдвигового регистра, выход второго ключа подсоединен к первому входу второго триггера, а выход третьего ключа соединен с вторым входом второго триггера, выход которого подключен к вторым входам обоих управляемых инверторов, выход четвертого формирова- 20 тели соединен с первым входом третьего триггера, а выход пятого формирователяс вторым входом того же триггера и первым входом блока синхронизации, выход третьего триггера подключен к первому 25 входу четвертого ключа, первый выход генератора тактовых импульсов соединен с вторым входом блока синхронизации, второй выход генератора тактовых импульсов подключен к второму входу пер- 30

97 8 вого ключа, а третий выход - к второму входу четвертого ключа, выход первого ключа подсоединен к первому входу элемента ИЛИ, а выход четвертого ключак второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу первого разряда счетчика, первый выход блока синхронизации соединен с третьими входами первого и четвертого ключей, второй выход — с входом записи выходного регистра, третий выход - с входом установки в ноль счетчика, а четвертый выход — с третьими входами второго и третьего ключей, выходы счетчика с (м- й+

+1)-го по (и -1)-й подключены к входам выходного регистра с 1-го по (И-1)-й соответственно, а а-й выход счетчика соединен с первым входом второго управляемого инвер гора, выход которого подключен к и -му входу выходного регистра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 473120, кл. GOl К 25/00, 1 7..07. .73.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 421947, кл. 501 К 25/08, 03.01. 72.